一種耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，母材的屈服強度ReL≥415MPa，抗拉強度520-680MPa，延伸率≥22%，-40℃沖擊功≥27J；焊條化學(xué)成分：C≤0.10%，Mn：0.40-0.80%，Si≤0.75%，S≤0.010%，P≤0.010%，Ni：2.50-3.50%，Cr≤0.50%，Mo≤0.01%，V≤0.01%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；焊條電弧焊坡口采用非對稱X型坡口；焊接工藝參數(shù)：焊接電流140-180A，焊接電壓24-26V，焊接速度10-26cm/min，焊接熱輸入量8-20kJ/cm；本發(fā)明焊接接頭具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，實用性強。
【專利說明】一種耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵材料焊接領(lǐng)域，涉及一種電弧焊焊接工藝，具體的說是一種耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣腐蝕是鋼鐵材料的主要破壞形式之一。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年因腐蝕而損耗的鋼鐵材料占鋼材產(chǎn)量的1/6。我國2008年因腐蝕造成的直接和間接損失高達1.2-2萬億元，而因防蝕措施所產(chǎn)生的費用在工程投資中也占了相當?shù)谋壤Ｈ缒軕?yīng)用近代腐蝕科學(xué)技術(shù)知識和防腐蝕技術(shù)，腐蝕的經(jīng)濟損失可以降低25% -30%。采用不銹鋼雖然能有效防止腐蝕，但其成本一般難以承受，其焊接、加工以及綜合性能也無法滿足各種工程的需要。
[0003]沿海大氣中，由于海風(fēng)的吹拂,霧氣中會夾雜著氯化鈉顆粒,使大氣中含有氯離子。濱海環(huán)境高溫、高濕的特點，有助于氯離子在鋼板表面的沉積，通過干濕交替作用氯離子滲透到鋼板的內(nèi)部，導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)的過早失效，由于涂裝、維修成本很高，氯離子的作用引起了國內(nèi)外研究者的重視。因此，免涂裝耐大氣腐蝕鋼應(yīng)運而生。采用耐候鋼無初期涂裝和維護涂裝，生命周期成本低；無有機揮發(fā)物的釋放，健康環(huán)保；其銹層顏色隨時間變化，最后變成深褐色，與周圍自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。耐蝕性可延長鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，高強度可使鋼材厚度減薄，重量減輕，廣泛應(yīng)用于鐵路車輛、橋梁、建筑、集裝箱、輸電塔、電視塔、工程機械、管線、汽車、農(nóng)機、船舶、鍋爐、容器、道路護欄、環(huán)衛(wèi)設(shè)施等等。
[0004]為了適應(yīng)我國當前對耐濱海地區(qū)大氣腐蝕鋼材的迫切需要，開發(fā)出力學(xué)綜合性能優(yōu)良的耐濱海地區(qū)大氣腐蝕鋼板并解決其焊接關(guān)鍵技術(shù)，對于豐富我國沿海地區(qū)建設(shè)用鋼的品種具有重要意義。由于濱海地區(qū)服役環(huán)境十分惡劣，除承受結(jié)構(gòu)應(yīng)力外，還受到高溫高濕等濱海地區(qū)環(huán)境的影響，這就需要耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊接接頭具有良好的強度和韌性匹配。因此，為防止耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼焊接接頭的脆化問題，合理匹配焊接材料、優(yōu)化焊接工藝參數(shù)是技術(shù)關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:如何保證焊接接頭屈服強度> 415MPa，抗拉強度Rm520-680MPa，延伸率A≥22%, _40°C沖擊韌性不低于27J的高標準設(shè)計要求，焊接接頭具有優(yōu)良的力學(xué)綜合性能。
[0006]本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0007]—種耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，采用16_50mm厚的焊接母材，焊接母材的成分及重量百分比為:C:0.06-0.12%, Mn:0.95-1.10%, S1:0.45-0.65%,S 0.030%, P 0.025%, N1:2.50-3.50%, Cr:0.20-0.55%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)；所述焊接母材的屈服強度≥415MPa，抗拉強度Rm520-680MPa，延伸率A≥22%, -40°C沖擊功Akv≥27J ；
[0008]焊條化學(xué)成分及重量百分比為:C:0.06 %，Mn:0.46 %, Si:0.46 %, S:≤ 0.003%, P ≤ 0.008%, N1:3.05%, Cr..≤ 0.36%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)；
[0009]焊條電弧焊坡口采用非對稱X型坡口，非對稱X型坡口的正面坡口和反面坡口角度均為50° -65°，鈍邊為0-2mm，坡口裝配間隙為l-2mm ;
[0010]焊接工藝參數(shù):焊接電流140-150A，焊接電壓24-26V，焊接速度24_26cm/min，焊接熱輸入量8-lOkJ/cm;對同等厚度組合鋼板對接接頭采用多層多道焊條電弧焊焊接，其焊縫層間溫度控制在20-200°C。
[0011]本發(fā)明采用合適的焊接母材、焊接材料和焊接工藝，能夠保證焊接接頭屈服強度≥415MPa，抗拉強度Rm520-680MPa，延伸率A≥22%，_40°C沖擊韌性不低于27J的高標準設(shè)計要求，焊接接頭具有優(yōu)良的力學(xué)綜合性能。
[0012]本發(fā)明對焊接母材及焊條的化學(xué)成分進行選擇，配合合理的焊接工藝參數(shù)，從而阻止了焊縫金屬產(chǎn)生粗大的先共析鐵素體，阻止粗晶區(qū)產(chǎn)生粗大的粒狀貝氏體甚至產(chǎn)生魏氏組織，提高了焊接接頭低溫沖擊韌性；同時，可以進一步防止熔池(焊縫)附近發(fā)生過熱現(xiàn)象，從而阻止該區(qū)域晶粒長大粗化嚴重，在焊縫一次結(jié)晶組織中阻止了粗柱狀晶及樹權(quán)晶的產(chǎn)生，從而降低了熱裂縫的敏感性；在焊縫二次結(jié)晶組織中形成更多的低碳馬氏體組織，從而使焊接接頭具有較高的強度和一定的塑性和韌性，獲得了意想不到的技術(shù)效果。
[0013]焊接接頭的強韌性是由成分及焊接熱循環(huán)等條件決定的，不同的焊接工藝會導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生不同的組織，從而得到不同的強韌性能。焊接熱輸入量是影響焊接接頭低溫沖擊韌性的關(guān)鍵。在較大焊接熱輸入條件下，焊縫金屬產(chǎn)生粗大的先共析鐵素體，而粗晶區(qū)產(chǎn)生粗大的粒狀貝氏體甚至產(chǎn)生魏氏組織，這是焊接接頭低溫沖擊韌性降低的主要原因。較小的熱輸入雖然不會強烈惡化焊接接頭的低溫韌性，但是小熱輸入量的焊接效率低。本發(fā)明設(shè)定焊接熱輸入量8-lOkJ/cm，可保證得到可靠的焊接接頭。
[0014] 焊接電流要適中，焊接電流過大時，容易引起焊漏、燒穿、產(chǎn)生裂紋等缺陷，且焊件的變形大，焊接過程中飛濺很大；焊接電流過小時，容易引起未焊透、未熔合、夾渣以及焊縫成型不良等缺陷。電弧電壓必須與焊接電流配合選擇，通常電流較小時，電弧電壓較低；焊接電流較大時，電弧電壓較高。焊接電流和焊接電弧電壓的一定的條件下，隨著焊接速度增加，將使焊縫寬度和熔深減小。本發(fā)明設(shè)定焊接電流140-150A，焊接電壓24-26V，焊接速度24-26cm/min,可保證得到可靠的焊接接頭。
[0015]本發(fā)明實施后，耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼焊接接頭部位的力學(xué)性能為:抗拉強度Rm:≤ 520MPa,斷裂位置為母材；接頭面彎及背彎d = 4a，180°合格；鋼板表層的焊縫、熔合線及線外2_、5_處-40°C沖擊功Akv≥27J。
[0016]本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是:
[0017]前述的耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其中焊條直徑Φ3.2mm或Φ4.0mm,焊條抗拉強度≤ 520MPa。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:⑴本發(fā)明滿足低溫條件下焊接接頭力學(xué)綜合性能優(yōu)良的16-50mm厚Q415NH-BH耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊接關(guān)鍵技術(shù)。采用合適的焊接母材、焊接材料和焊接工藝能夠保證焊接接頭強度不低于母材和-40°C沖擊韌性不低于27J的高標準設(shè)計要求，焊接接頭具有優(yōu)良的力學(xué)綜合性能。⑵本發(fā)明實現(xiàn)了耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用16_厚Q415NH-BH鋼板對接接頭焊條電弧焊制造過程的焊接工藝，在實施過程中，可以達到焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良的效果，實用性強，高效節(jié)能，適用于大型濱海地區(qū)建設(shè)工程推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例1的X型坡口型式圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實施例2的X型坡口型式圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]一種焊接接頭力學(xué)綜合性能優(yōu)良的16_厚Q415NH-BH耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，包括以下步驟:
[0023]采用屈服強度≤415MPa的強韌性優(yōu)良的16mm厚Q415NH-BH耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼，焊接試板組合為16mm+16mm,試板尺寸為600mm(長)X 200mm(寬)X 16mm(厚);
[0024]所述焊接母材的成分及重量百分比為:C:0.09%，Mn:0.95%, S1:0.45%, S:0.030%, P:0.025%, N1:2.50%, Cr:0.20%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；焊接母材的屈服強度≤415MPa，抗拉強度Rm520-680MPa，延伸率A≤22%，_40°C沖擊功Akv≤27J ；
[0025]匹配的焊接材料:
[0026]焊條化學(xué)成分及重量百分比為:C:0.06 %，Mn:0.46 %, Si:0.46 %, S:≤ 0.003%, P .( 0.008%, N1:3.05%, Cr .( 0.36%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)；
[0027]焊條直徑為Φ4.0mm ;
[0028]焊條電弧焊坡口采用非對稱X型坡口，如圖1所示，正面坡口和反面坡口角度均為55° -60°，根部不留鈍邊，坡口裝配間隙為l_2mm。
[0029]焊接工藝參數(shù):焊接電流148-152A，焊接電壓24-26V，焊接速度24_26cm/min，焊接熱輸入量8-lOkJ/cm ;對厚度為16mm+16mm組合鋼板對接接頭采用多層多道氣保焊焊接，焊縫層間溫度控制在150°C。
[0030]經(jīng)過上述實施例1的焊接方法對16mm厚Q415NH-BH耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼進行焊條電弧焊焊接后，對焊接接頭的力學(xué)性能進行檢測。焊接接頭的拉伸和彎曲性能如表I所示，沖擊性能如表2所示。
[0031]表1焊接接頭的拉伸及側(cè)彎性能
【權(quán)利要求】
1.一種耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其特征在于: 采用16-50mm厚的焊接母材，所述焊接母材的成分及重量百分比為:C:0.09-0.12%，Mn:0.95-1.10%, Si:0.45-0.65%, S: ≤ 0.030%, P: ≤ 0.025%, Ni:2.50-3.50%, Cr:.0.20-0.55%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；所述焊接母材的屈服強度≥415MPa，抗拉強度Rm520-680MPa，延伸率 A ≥ 22%, _40°C沖擊功 Akv ≥ 27J ； 焊條化學(xué)成分及重量百分比為:C:0.06%, Mn:0.46%，S1:0.46%，S: ^ 0.003%, P:≤0.008%, Ni:3.05%, Cr:026-0.36%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)； 焊條電弧焊坡口采用非對稱X型坡口，非對稱X型坡口的正面坡口和反面坡口角度均為50° -65°，鈍邊為0-2mm，坡口裝配間隙為1_2_ ； 焊接工藝參數(shù):焊接電流140-150A，焊接電壓24-26V，焊接速度24-26cm/min，焊接熱輸入量8-lOkJ/cm ;對同等厚度組合鋼板對接接頭采用多層多道焊條電弧焊焊接，其焊縫層間溫度控制在20-200°C。
2.如權(quán)利要求1所述的耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其特征在于:焊條直徑Φ3.2mm或Φ4.0mm,焊條抗拉強度≥520MPa。
3.如權(quán)利要求1或2所述的耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其特征在于:所述焊接母材的成分及重量百分比為:C:0.09%, Mn:0.95%，S1:0.45%，S:0.030%, P:.0.025%，Ni:2.50%, Cr:0.20%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；焊接母材的屈服強度≥415MPa，抗拉強度Rm 520-680MPa,延伸率A≥22%, _40°C沖擊功Akv≥27J ；
焊條化學(xué)成分及重量百分比為:C:0.06%, Mn:0.46%, S1:0.46%, S:0.003%, P:0.008%,Ni:3.05%, Cr:0.36%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)； 焊條直徑為Φ 4.0mm ;焊條電弧焊坡口采用非對稱X型坡口，正面坡口和反面坡口角度均為55° -60°，根部不留鈍邊，坡口裝配間隙為l-2mm; 焊接工藝參數(shù):焊接電流148-152A，焊接電壓24-26V，焊接速度24-26cm/min，焊接熱輸入量8-lOkJ/cm ;對厚度為16mm+16mm組合鋼板對接接頭采用多層多道氣保焊焊接，焊縫層間溫度控制在150°C。
4.如權(quán)利要求1或2所述的耐濱海地區(qū)大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其特征在于:所述焊接母材的成分及重量百分比為:C:0.12%，Mn:1.10%, S1:0.65%，S:0.010%, P:.0.015%, N1:3.50%, Cr:0.55%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；焊接母材的屈服強度≥415MPa，抗拉強度Rm 520-680MPa,延伸率A≥22%, _40°C沖擊功Akv≥27J ；
焊條化學(xué)成分及重量百分比為:C:0.06%, Mn:0.46%, S1:0.46%, S:0.001%, P:0.001%,Ni:3.05%, Cr:0.26%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)； 焊條直徑為Φ 4.0mm ;焊條電弧焊坡口采用非對稱X型坡口，正面坡口和反面坡口角度均為55° -60°，根部鈍邊為2mm，坡口裝配間隙為l-2mm ; 焊接工藝參數(shù):焊接電流160-180A，焊接電壓24-26V，焊接速度10-25cm/min，焊接熱輸入量16-20kJ/cm ;對厚度為50mm+50mm組合鋼板對接接頭采用多層多道氣保焊焊接，焊縫層間溫度控制在200°C。
【文檔編號】B23K9/00GK104002014SQ201410211269
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】劉文明, 李麗, 汪晶潔, 張?zhí)K強, 王軍 申請人:南京鋼鐵股份有限公司