專利名稱：900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強度鋼的不預(yù)熱焊接方法，尤其涉及一種用于900MPa低合金 高強度鋼的不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的組合焊接方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
低合金調(diào)質(zhì)高強鋼以其高強度和良好的塑韌性廣泛應(yīng)用于工程機械、電力、壓力 容器、礦山機械等制造領(lǐng)域，而焊接是影響低合金調(diào)質(zhì)高強鋼應(yīng)用至關(guān)重要的因素。尤其是 抗拉強度900MPa低合金高強鋼的工程應(yīng)用對焊接方法、焊接材料和工藝提出了更高的要 求。 抗拉強度900MPa高強鋼的合金系復(fù)雜，淬硬性大，有明顯的冷裂紋傾向，在焊接 中會出現(xiàn)冷裂紋和熱影響區(qū)的脆化和軟化。因此，這類鋼焊接所要解決的問題一是防止焊 接裂紋；二是在保證滿足高強度要求的同時，保證焊接接頭區(qū)域的沖擊韌性。實際生產(chǎn)中， 這類鋼焊接一般采用焊前預(yù)熱、焊后熱處理的工藝措施。 為了消除焊接裂紋和最大限度地提高900MPa高強鋼的焊接生產(chǎn)效率，國內(nèi)外對 這類鋼焊接大多采用熔化極氬弧焊(MIG)或混合氣體保護焊(MAG)等機械化或半機械化方 法配合等強焊絲進行焊接，焊前要求預(yù)熱，焊后要求進行焊后熱處理，以便控制焊接接頭區(qū) 的冷卻速度，消除裂紋。但采用這種焊接工藝的焊接結(jié)構(gòu)在使用中往往會出現(xiàn)焊縫根部超 強、局部淬硬而韌性不足，易導(dǎo)致焊縫根部產(chǎn)生裂紋。特別是預(yù)熱條件下焊接900MPa高強 鋼會增大熱影響區(qū)軟化傾向，而且焊接工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。特別是對于大型焊接結(jié)構(gòu)， 采用預(yù)熱焊時，將整體結(jié)構(gòu)預(yù)熱到某一溫度在實際生產(chǎn)中很難實施。目前，在不預(yù)熱條件下 焊接900MPa高強度鋼是非常困難的。 中國發(fā)明專利(ZL200610070181. 0)提出一種800MPa高強度鋼的不預(yù)熱焊接工 藝，可以實現(xiàn)部分高強度鋼的不預(yù)熱焊接。但采用這項技術(shù)難以實現(xiàn)抗拉強度900MPa高強 度鋼的焊接。因此，若能在不預(yù)熱、不焊后熱處理條件下，實現(xiàn)對900MPa級高強度鋼的焊 接，對簡化焊接工藝、提高高強鋼焊接區(qū)性能、降低生產(chǎn)成本和焊工勞動強度將具有重要的 意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對抗拉強度900MPa高強鋼目前采用"等強匹配"焊絲、焊前預(yù)熱或焊后熱處理 的工藝不足，本發(fā)明的目的在于提出一種用于900MPa低合金高強度鋼的不預(yù)熱、不進行焊 后熱處理的組合焊接方法。 本發(fā)明所述900MPa級高強鋼不預(yù)熱組合焊接工藝的技術(shù)方案是打底層焊道采 用"低匹配"700 800MPa高韌性焊條電弧焊；填充焊道采用900MPa高強度高韌性實芯焊 絲的Ar+C02混合氣體保護焊，焊接過程嚴(yán)格控制焊接熱量輸入(不大于22kJ/cm)，焊接方 法采用(90 95) % Ar+ (5 10) % C02混合氣體保護焊，控制焊縫擴散氫在超低氫水平(不 超過5mL/100g);蓋面焊采用800MPa藥芯焊絲氣體保護焊，以實現(xiàn)900MPa低合金高強鋼的焊接。 采用本發(fā)明提出的這種900MPa高強鋼不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的組合焊接工 藝，獲得的焊縫表面光潔美觀，焊縫金屬的顯微組織主要以細(xì)小的針狀鐵素體為主，這種組 織具有很強的阻止裂紋產(chǎn)生和擴展的能力；焊接熱影響區(qū)的組織主要是強韌性較好的低碳 板條馬氏體和下貝氏體。控制工藝參數(shù)使熱影響區(qū)形成得以"自回火"的低碳馬氏體組織， 可以避免熱影響區(qū)冷裂紋。獲得的焊接接頭抗拉強度850 950MPa、焊縫金屬Ot:條件下 的沖擊吸收功大于90J，可滿足其使用要求。 本發(fā)明提出的不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的900MPa高強鋼組合焊接方法，由下述 工藝步驟完成 (1)在待焊件接頭處開V形坡口，坡口角度為30° 45° ，鈍邊2 3mm;
(2)用鋼絲刷清理坡口及坡口兩側(cè)20mm 30mm的表面，去除其油污和鐵銹，直至 露出金屬光澤； (3)采用"低強匹配"700 800MPa低氫型高韌性焊條電弧焊打底焊接(目的在 于一是減小焊縫稀釋率，提高根部焊道的抗裂性；二是提高打底焊道的成形質(zhì)量，解決氣 體保護焊焊絲伸出過長影響焊接質(zhì)量的矛盾)，焊接參數(shù)為焊接電壓24 26V，焊接電流 110 130A ;打底層厚度不小于3mm ; (4)再用"等強匹配"900MPa高韌性實芯焊絲配Ar+C02混合氣體保護焊(MAG)實 施填充焊(利用MAG的高效和熔深大的特點，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率)，采用多層多道焊， 層間溫度控制在150 20(TC，焊接參數(shù)為焊接電壓29 31V，焊接電流240 320A，焊 接熱輸入控制在16 22kJ/cm ; (5)采用"低強匹配"800MPa藥芯焊絲配C02氣體保護焊(FCAW-G)蓋面焊(提高 焊縫的表面成形質(zhì)量，獲得良好的外觀效果)，焊接參數(shù)為焊接電壓30 33V，焊接電流 260 340A，焊接熱輸入控制在10 22kJ/cm，保護氣體流量15_25L/min ;焊接之后用硅酸 鋁板覆蓋焊接接頭區(qū)，施以緩冷。 上述的900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法中所述組合焊接中連續(xù)施焊，中途不 得停歇；焊前不預(yù)熱，也不進行焊后熱處理。 其中步驟(3)所述的"低強匹配"700 800MPa低氫型高韌性焊條優(yōu)選直徑為 3. 2mm的E7015-Ni、 E7515-Ni或E8015-Ni ;施焊前在300 400。C下對焊條進行1. 5 3h 烘干。 其中步驟(4)所述"等強匹配"900MPa高韌性實芯焊絲的直徑為1. 2mm，其熔敷金 屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為:C 0. 08%，Si 0. 42%，Mn 1.31%， Mo 0. 52%，Ni 2.42%， Cr 0.60%， Cu 0.32% ;熔敷金屬力學(xué)性能為抗拉強度o b > 920MPa，屈服強度os> 795MPa，伸長率S > 16%， -4(TC沖擊吸收功AKV > 67J。 其中步驟(4)所述Ar+C02混合氣體保護焊采用的Ar與C02的體積比優(yōu)選為 90% 95% : 5% 10%。 其中步驟(4)所述Ar+C02混合氣體保護焊所用噴嘴直徑優(yōu)選為lOmm，氣體流量 優(yōu)選為15 25L/min。 其中步驟(5)所述"低強匹配"800MPa藥芯焊絲的直徑為2. Omm，其熔敷金屬化學(xué) 成分以質(zhì)量百分比計為C《0. 15%，Si 0. 30% 0. 60%，Mn 1. 20% 1. 70%，Nil. 0% 1. 2%， Mo 0. 1% 0. 5% ;熔敷金屬力學(xué)性能為抗拉強度o b > 780MPa，屈服強度o s > 690MPa，伸長率S > 16%， -4(TC沖擊吸收功AKV > 27J。 采用上述不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的組合焊工藝焊接900MPa低合金高強鋼，可 獲得的無裂紋焊接接頭，接頭區(qū)平整光潔，焊縫金屬的室溫抗拉強度大于860MPa、試驗溫度 0°C的焊縫金屬V形缺口沖擊吸收功為大于90J，滿足了高強鋼焊接結(jié)構(gòu)具有較高承載能力 的使用要求。 本發(fā)明的技術(shù)要點體現(xiàn)在打底層焊道采用"低強匹配"高韌性焊條電弧焊，填充 層采用實芯焊絲高效Ar+C02氣體保護焊，蓋面層采用藥芯焊絲C02焊，這種組合焊的優(yōu)點是 可在不預(yù)熱條件下焊接900MPa高強度鋼，能保證整個焊接接頭具有較高的塑韌性儲備，防 止焊縫根部裂紋的產(chǎn)生，而且具有很高的焊接生產(chǎn)效率。 與常規(guī)的900MPa高強度鋼焊接工藝相比，采用本發(fā)明提出的900MPa級高強鋼不 預(yù)熱、不焊后熱處理的組合焊工藝不僅保證了焊接接頭的抗裂性和綜合力學(xué)性能，而且可 使焊接成本降低約25%。因此，本發(fā)明的這種焊接工藝具有生產(chǎn)成本低、操作簡便、適用性 強的特點，易于推廣應(yīng)用。
具體實施方式

實施例1 : 厚度為20mm的900MPa低碳調(diào)質(zhì)高強鋼對接焊。采用焊條電弧焊和Ar+C02混合 氣體保護焊(MAG)進行焊接，Ar和C02氣體的體積比為90% : 10%。
(1)焊接設(shè)備及焊接材料 焊接設(shè)備選用動特性良好的逆變式焊機；焊條電弧焊采用直徑3. 2mm的堿性低 氫型高韌性焊條E7015-Ni，氣體保護焊采用直徑1. 2mm的900MPa實芯焊絲填充焊和直徑
2. 0mm的SOOMPa藥芯焊絲蓋面焊，焊前去除焊絲表面的油、銹等臟物。
(2)焊前準(zhǔn)備 對厚度20mm的低碳調(diào)質(zhì)鋼接頭處采用砂輪打磨的方式開V形坡口，坡口角度 35° ，鈍邊2mm。將坡口及坡口兩側(cè)接頭處20 30mm范圍內(nèi)的銹蝕、油垢等清理干凈，直至 露出金屬光澤。 低氫型焊條施焊前在300 40(TC下對E7015-Ni焊條進行1. 5 2h烘干。
裝配和用焊條電弧焊點固對接焊試板。
(3)焊接工藝及參數(shù) 1)采用焊條電弧焊打底焊(焊條E7515-Ni)，在室溫不低于2(TC的不預(yù)熱條件下
施焊，焊接參數(shù)為焊接電壓24V，焊接電流110 120A ;打底層厚度不小于3mm。 2)采用90 % Ar+10 % C02混合氣體保護焊填充焊，配用900MPa實芯焊絲
(GHS-90)，多層多道連續(xù)焊，中途不得停歇。焊接參數(shù)為焊接電壓29V，焊接電流260
290A，焊接熱輸入12 18kJ/cm，保護氣體流量18L/min。層間溫度不低于IO(TC。后續(xù)焊
道施焊時應(yīng)保持盡可能高的層溫，使前一焊道對后續(xù)焊道起預(yù)熱作用(也有利于氫的擴散
逸出)。 3)采用C02氣體保護焊蓋面焊，配用800MPa藥芯焊絲(E-80T5-Ni)，焊接參數(shù)為 焊接電壓31V，焊接電流280 300A，焊接熱輸入16 20kJ/cm。
4)蓋面焊后立即用硅酸鋁保溫材料覆蓋工件的焊接接頭區(qū)。
焊后接頭外觀平整光潔，無表面和根部裂紋。獲得的焊接接頭力學(xué)性能為抗拉強 度890MPa，伸長率19X，試驗溫度(TC的焊縫金屬V形缺口沖擊吸收功大于IOOJ，能滿足使 用性能要求。
實施例2 : 厚度25mm的HQ100低合金高強度鋼，箱形結(jié)構(gòu)的T形接頭，底板尺寸為 300mmX 300mmX 25mm。采用焊條電弧焊和Ar+C02混合氣體保護焊方法，其中Ar和C02氣體 的體積比為95% :5%。
(1)焊接設(shè)備及焊接材料 焊接設(shè)備選用動特性良好的逆變式焊機；焊條電弧焊采用直徑3. 2mm的堿性低 氫型高韌性焊條E7515-Ni，氣體保護焊采用直徑1. 2mm的900MPa實芯焊絲填充焊和直徑 2. Omm的SOOMPa藥芯焊絲蓋面焊，焊前去除焊絲表面的油、銹等臟物。
(2)焊前準(zhǔn)備 對厚度25mm的低碳調(diào)質(zhì)鋼采用機械加工的方法開V形坡口 ，只對角接頭的立板開
單面V形坡口，坡口角度30。，鈍邊3mm。將坡口及坡口兩側(cè)接頭處20 30mm范圍內(nèi)的銹
蝕、油垢等清理干凈，直至露出金屬光澤。 對E7515-Ni低氫型焊條進行350°C X2h烘干。 裝配和用焊條電弧焊點固焊接試板，焊前在焊接試板底下鋪墊厚度大于10mm的
硅酸鋁保溫材料。 (3)焊接工藝及參數(shù) 1)采用焊條電弧焊打底焊(焊條E7515-Ni)，在室溫不低于2(TC的不預(yù)熱條件下 施焊，連續(xù)施焊，焊接參數(shù)為焊接電壓24V，焊接電流110 130A ;打底層厚度大于3mm。
2)采用95% Ar+5% C02混合氣體保護焊填充焊，配用直徑1. 2mm的900MPa實芯焊 絲(GHS-90)，多層多道連續(xù)焊，中途不得停歇。焊接參數(shù)為焊接電壓30V，焊接電流280 310A，焊接熱輸入12 20kJ/cm，保護氣體流量20L/min。后續(xù)焊道施焊時應(yīng)保持盡可能高 的層溫，不低于15(TC，使前一焊道對后續(xù)焊道起預(yù)熱作用(也有利于氫的擴散逸出)。
3)采用C02氣體保護焊蓋面焊，配用直徑2. Omm的800MPa藥芯焊絲(E-80T5-Ni)， 焊接參數(shù)為焊接電壓31V，焊接電流280 320A，焊接熱輸入16 22kJ/cm，保護氣體流 量22L/min。 4)蓋面焊后立即用硅酸鋁保溫材料覆蓋工件的焊接接頭區(qū)。 焊后接頭外觀平整光潔，無表面和根部裂紋。獲得的焊接接頭力學(xué)性能為抗拉強 度900MPa，伸長率18%，試驗溫度Ot:的焊縫金屬V形缺口沖擊吸收功大于90J，能滿足使 用性能要求。
權(quán)利要求
一種900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法，由下述步驟完成(1)在待焊件接頭處開V形坡口，坡口角度為30°～45°，鈍邊2～3mm；(2)用鋼絲刷清理坡口及坡口兩側(cè)20mm～30mm的表面，去除其油污和鐵銹，直至露出金屬光澤；(3)采用700～800MPa低氫型高韌性焊條電弧焊打底焊接，焊接參數(shù)為焊接電壓24～26V，焊接電流110～130A；打底層厚度不小于3mm；(4)再用900MPa高韌性實芯焊絲配Ar+CO2混合氣體保護焊實施填充焊，采用多層多道焊，層間溫度控制在150～200℃，焊接參數(shù)為焊接電壓29～31V，焊接電流240～320A，焊接熱輸入控制在16～22kJ/cm；(5)采用800MPa藥芯焊絲配CO2氣體保護焊蓋面焊，焊接參數(shù)為焊接電壓30～33V，焊接電流260～340A，焊接熱輸入控制在10～22kJ/cm，保護氣體流量15-25L/min；焊接之后用硅酸鋁板覆蓋焊接接頭區(qū)，施以緩冷。
2. 如權(quán)利要求1所述的900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法，其特征在于所述組合焊 接中連續(xù)施焊，中途不得停歇；焊前不預(yù)熱，也不進行焊后熱處理。
3. 如權(quán)利要求1所述的900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法，其特征在于步驟(3)所 述的700 800MPa低氫型高韌性焊條選直徑為3. 2mm的E7015_Ni、E7515_Ni或E8015-Ni ; 施焊前在300 40(TC下對焊條進行1. 5 3h烘干。
4. 如權(quán)利要求1所述的900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法，其特征在于步驟(4) 所述900MPa高韌性實芯焊絲的直徑為1.2mm，其熔敷金屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為C 0. 08%， Si 0. 42%， Mn 1. 31%， Mo 0. 52%， Ni 2. 42%， Cr 0. 60%， Cu 0. 32% ;熔敷金屬 力學(xué)性能為抗拉強度o b > 920MPa，屈服強度o s > 795MPa，伸長率S > 16%， -40。C沖 擊吸收功AKV > 67J。
5. 如權(quán)利要求1所述的900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法，其特征在于步驟(4)所 述Ar+C02混合氣體保護焊采用的Ar與C02的體積比為90 % 95 % : 5 % 10 % 。
6. 如權(quán)利要求l或5所述的900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法，其特征在于步驟(4) 所述Ar+C(^混合氣體保護焊所用噴嘴直徑為10mm，氣體流量為15 25L/min。
7. 如權(quán)利要求1所述的900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法，其特征在于步驟(5)所 述800MPa藥芯焊絲的直徑為2. Omm，其熔敷金屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為C《0. 15%， Si 0. 30% 0. 60%， Mn 1. 20% 1. 70%， Ni 1. 0% 1. 2%， Mo 0. 1% 0. 5% ;熔敷金 屬力學(xué)性能為抗拉強度ob > 780MPa，屈服強度o s > 690MPa，伸長率S > 16%， _40°C 沖擊吸收功AKV > 27J。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種900MPa高強鋼不預(yù)熱組合焊接方法，是采用700～800MPa低氫型高韌性焊條電弧焊打底焊接，再用900MPa高韌性實芯焊絲配Ar+CO2混合氣體保護焊實施填充焊，采用800MPa藥芯焊絲配CO2氣體保護焊蓋面焊。采用本發(fā)明不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的組合焊工藝焊接900MPa高強鋼，可獲得無裂紋的焊接接頭，接頭區(qū)平整光潔，焊縫金屬的室溫抗拉強度大于860MPa、試驗溫度0℃的焊縫金屬V形缺口沖擊吸收功大于90J，可滿足高強鋼焊接結(jié)構(gòu)具有較高承載能力的使用要求，同時本發(fā)明方法焊接成本降低約25％，且操作簡便，易于推廣。
文檔編號B23K28/00GK101733562SQ200910019599
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者李亞江, 王娟, 蔣慶磊 申請人:山東大學(xué)