專利名稱：Q690與q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法
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Q690與Q980高強異種鋼的不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的焊接方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著冶金技術(shù)的進步，屈服強度980MPa的低合金高強度鋼0^980)受到關(guān)注，特別是將Q980鋼與屈服強度690MI^低合金鋼0^690)焊接形成的高強異種鋼結(jié)構(gòu)，在工程上更是具有優(yōu)勢。高強異種鋼焊接結(jié)構(gòu)不僅能滿足不同工作條件對鋼材提出的要求， 而且還能降低成本和簡化制造工藝，發(fā)揮不同強度級別鋼材的性能優(yōu)勢。這種高強異種鋼焊接結(jié)構(gòu)在工程機械、煤礦機械、礦山機械等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。屈服強度980MI^高強度鋼的合金系復(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)的脆化和軟化等問題。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，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。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980MPa級高強度鋼會增大熱影響區(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)中是難以實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，該方法適用于Q690與Q980高強異種鋼的不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的焊接，獲得的焊縫表面光潔美觀，焊縫金屬的顯微組織以細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。通過控制焊接熱輸入可使熱影響區(qū)形成強韌性較好的“自回火”低碳馬氏體和下貝氏體組織，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0°C條件下的沖擊吸收功大于68J，可滿足其使用要求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，步驟如下(1)在待焊工件接頭處開V形坡口，單面坡口角度為20° 30°，鈍邊2 3mm;(2)用鋼絲刷清理坡口及坡口兩側(cè)30 40mm的表面，去除其油污和鐵銹，直至露出金屬光澤；(3)底層焊道采用“低匹配” 700MPa高強高韌性實芯焊絲進行Ar+0)2混合氣體保護焊(MAG)，采用多層多道焊，層間溫度控制在100 150°C ；焊接參數(shù)為焊接電壓四 3IV，焊接電流240 350A，焊接熱輸入控制在10 20kJ/cm，保護氣體流量10 20L/min ； 焊接工藝要點一是減小稀釋率，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；
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(4)蓋面層采用SOOMI^藥芯焊絲進行Ar+C02混合氣體保護蓋面焊，提高焊縫的表面成形質(zhì)量，獲得表面光潔的焊縫外觀效果；焊接參數(shù)為焊接電壓30 33V，焊接電流 260 380A，焊接熱輸入控制在12 MkJ/cm，保護氣體流量15 25L/min ；焊接之后立即用硅酸鋁板保溫材料覆蓋工件的焊接接頭區(qū)，施以緩冷。 上述的Q690與Q980高強異種鋼焊接方法中所述焊接過程連續(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“低匹配”700MPa高強高韌性實芯焊絲優(yōu)選直徑為1. 2mm的 MK · GHS70-G ；施焊前對焊絲進行清理。其中步驟(3)所述“低匹配” 700MI^高強高韌性實芯焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為c彡0. 10%，Si 0.4% 0.8%，Mn 1. 25% 1. 80%，Mo 0. 3% 0.6%，NiO. 75% 1. 15%, Cu ^ 0.5% ；熔敷金屬力學(xué)性能為抗拉強度ob彡760MPa，屈服強度σ s660 740MPa，伸長率δ彡18%，_20°C沖擊吸收功Akv彡68J。其中步驟(3)所述Ar+COjg合氣體保護焊采用的Ar與0)2的體積比優(yōu)選為 85% 95% 15% 5%，且兩者體積之和為100%。其中步驟(3)所述Ar+0)2混合氣體保護焊所用噴嘴直徑優(yōu)選為10mm，氣體流量優(yōu)選為15 20L/min。其中步驟⑷所述SOOMI^藥芯焊絲的直徑為2. 0mm，其熔敷金屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為C 彡 0. 15%, Si 0. 3% 0. 6%, Mn 1. 2% 1. 7%, Ni 1. 0% 1. 2%, Mo 0. 0. 5% ；熔敷金屬力學(xué)性能為抗拉強度彡780MPa，屈服強度σ s彡690MPa，伸長率δ彡16%, -40°C沖擊吸收功Akv彡27J。其中步驟⑷所述Ar+COjg合氣體保護焊采用的Ar與0)2的體積比優(yōu)選為 75% 85% 25% 15%，且兩者體積之和為100%。本發(fā)明針對屈服強度980MPa高強鋼0)980)與屈服強度690MPa高強鋼0)690)焊前預(yù)熱或焊后熱處理的工藝不足，提出一種適用于Q690與Q980高強異種鋼的不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的焊接方法。本發(fā)明所述Q690與Q980高強異種鋼焊接工藝的技術(shù)方案是底層采用“低匹配” 700MPa高強高韌性實芯焊絲，采用Ar+0)2混合氣體保護焊；蓋面層采用SOOMPa高強高韌性藥芯焊絲，采用Ar+C02混合氣體保護焊；焊接過程嚴格控制焊接熱量輸入(不大于20kJ/cm)，控制焊縫擴散氫在超低氫水平(不超過5mL/100g)。打底焊和蓋面焊混合氣體保護焊的Ar與(X)2的混合比分別為(85 95) % Ar (15 5) % CO2禾Π (75 85) % Ar (25 15) % CO2。采用上述不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的工藝焊接Q690與Q980高強異種鋼，可獲得無內(nèi)部裂紋焊接接頭，接頭區(qū)平整光潔，焊縫金屬的室溫抗拉強度大于760MPa，試驗溫度 0°C的焊縫金屬V形缺口沖擊吸收功為大于68J，滿足了高強異種鋼焊接結(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)在底層焊道采用“低匹配”高強高韌性實芯焊絲々!"+(^氣體保護焊，蓋面層采用藥芯焊絲Ar+0)2混合氣體保護焊，在不預(yù)熱條件下焊接Q690與Q980 高強異種鋼，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，具有很高的焊接生產(chǎn)效率，而且可使焊接成本降低約20 %。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，具有很好的應(yīng)用前景。采用本發(fā)明提出的這種Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的焊接工藝，獲得的焊縫表面光潔美觀，焊縫金屬的顯微組織以細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。通過控制焊接熱輸入可使熱影響區(qū)形成強韌性較好的“自回火”低碳馬氏體和下貝氏體組織，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0°C條件下的沖擊吸收功大于68J，可滿足其使用要求。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例1 厚度為20mm的Q690與Q980高強異種鋼對接焊，試板尺寸為 200mmX 150mmX20mm。采用Ar+(X)2混合氣體保護焊(MAG)進行焊接，Ar和(X)2氣體的體積比為 85% 15%。(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；混合氣體保護焊采用直徑1. 2mm的 700MPa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)焊前準備分別對厚度20mm的Q690鋼和Q980鋼接頭處采用砂輪打磨的方式開V形坡口，坡口角度單邊20°，鈍邊2mm。將坡口及接頭處內(nèi)、外兩側(cè)30mm范圍內(nèi)的銹蝕、油垢等清理干
凈，直至露出金屬光澤。試板對接裝配，用混合氣體保護焊700MPa實芯焊絲點固焊。(3)焊接工藝及參數(shù)1)在室溫不低于20°C的不預(yù)熱條件下施焊，采用90% Ar+10% CO2混合氣體保護焊填充焊，配用700MPa實芯焊絲(MK -GHS70-G)，多層多道連續(xù)焊，中途不得停歇。焊接參數(shù)為焊接電壓^V，焊接電流260 ^OA,焊接熱輸入12 18kJ/cm，保護氣體流量18L/min。 層間溫度不低于100°C。后續(xù)焊道施焊時應(yīng)保持盡可能高的層溫(但不應(yīng)高于150°C )，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Ar+(X)2混合氣體保護焊蓋面焊，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 320A，焊接熱輸入14 20kJ/cm，保護氣體流量20L/
mirio4)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740MPa，伸長率20%，試驗溫度0°C的焊縫金屬V形缺口沖擊吸收功大于68J，能滿足使用性能要求。實施例2 厚度25mm的H型焊接結(jié)構(gòu)，兩塊豎版為Q980高強鋼，橫版為Q690鋼，角焊縫連接。 豎板尺寸為300mmX 200mmX 25mm，橫板尺寸為200mmX 200mmX 25mm。采用Ar+C02混合氣體保護焊方法，其中Ar和(X)2氣體的體積比為80% 20%。
(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；氣體保護焊采用直徑1. 2mm的700MI^實芯焊絲填充焊和直徑2. Omm的SOOMI^藥芯焊絲蓋面焊，焊前去除焊絲表面的油、銹等臟物。
(2)焊前準備
對厚度25mm的Q690高強鋼橫版采用機械加工的方法開雙V形坡口，坡口角度單面25°，鈍邊3mm。將坡口及接頭處內(nèi)、外兩側(cè)30mm范圍內(nèi)的銹蝕、油垢等清理干凈，直至露出金屬光澤。
試板裝配用混合氣體保護焊700MPa實芯焊絲點固焊，焊前在Q980焊接試板底下鋪墊厚度大于IOmm的硅酸鋁保溫材料。
(3)焊接工藝及參數(shù)
1)采用80 % Ar+20 % CO2混合氣體保護焊，配用直徑1. 2mm的700MPa實芯焊絲 (MK -GHS70-G)在室溫不低于20°C的不預(yù)熱條件下多層多道連續(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10 18kJ/cm，保護氣體流量20L/mirio
2)焊接過程中，后續(xù)焊道施焊時應(yīng)保持100 150°C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Ar+(X)2混合氣體保護焊蓋面焊，配用直徑2. Omm的800MPa藥芯焊絲 (Ε-80Τ5-Ν )，焊接參數(shù)為焊接電壓33V，焊接電流290 !340A，焊接熱輸入14 20kJ/cm， 保護氣體流量25L/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。試驗溫度0°C的焊縫金屬V形缺口沖擊吸收功大于68J，能滿足使用性能要求。
實施例3
厚度為30mm的Q690與Q980高強異種鋼對接焊，采用Ar+C&混合氣體保護焊 (MAG)進行焊接，Ar和(X)2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；氣體保護焊采用直徑1. 2mm的700MI^實芯焊絲填充焊和直徑2. Omm的SOOMI^藥芯焊絲蓋面焊，焊前去除焊絲表面的油、銹等臟物。
(2)焊前準備
在待焊工件接頭處開V形坡口，單面坡口角度為30°，鈍邊2. 5mm ；用鋼絲刷清理坡口及坡口兩側(cè)40mm的表面，去除其油污和鐵銹，直至露出金屬光澤；用混合氣體保護焊 700MPa實芯焊絲點固焊，焊前在Q980焊接試板底下鋪墊厚度大于IOmm的硅酸鋁保溫材料。
(3)焊接工藝及參數(shù)
1)底層焊道采用“低匹配” 700MPa直徑為1. 2mm的MK · GHS70-G高強高韌性實芯焊絲進行95% Ar+5% CO2混合氣體保護焊(MAG)，在室溫不低于20°C的不預(yù)熱條件施焊， 施焊前對焊絲進行清理；采用多層多道焊，層間溫度控制在100 150°C;焊接參數(shù)為焊接電壓30V，焊接電流240 ^OA,焊接熱輸入控制在15 20kJ/cm，保護氣體流量15L/min ； 焊接工藝要點一是減小稀釋率，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；
所述“低匹配”700MI^高強高韌性實芯焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為C 彡 0.10%，Si 0.4% 0·8%，Μη 1. 25% 1. 80%，Mo 0.3% 0.6%，Ni 0. 75% 1. 15%, Cu ( 0. 5% ；熔敷金屬力學(xué)性能為抗拉強度σ b彡760MPa，屈服強度660 740MPa，伸長率δ彡18%, _20°C沖擊吸收功Akv彡68J。
2)蓋面層采用800MPa直徑為2. Omm的藥芯焊絲進行Ar+(X)2混合氣體保護蓋面焊，提高焊縫的表面成形質(zhì)量，獲得表面光潔的焊縫外觀效果；焊接參數(shù)為焊接電壓30V， 焊接電流280 320A，焊接熱輸入控制在12 14kJ/cm，保護氣體流量15L/min ；焊接之后立即用硅酸鋁板保溫材料覆蓋工件的焊接接頭區(qū)，施以緩冷。
800MPa藥芯焊絲的熔敷金屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為C ( 0. 15%, Si 0. 3% 0. 6%, Mn 1. 2% 1. 7%, Ni 1. 0% 1. 2%, Mo 0. 0. 5% ；熔敷金屬力學(xué)性能為抗拉強度σ b彡780MPa，屈服強度σ s彡690MPa，伸長率δ ^ 16%, _40°C沖擊吸收功 Akv 彡 27J。
上述的Q690與Q980高強異種鋼焊接方法中所述焊接過程連續(xù)施焊，中途不得停歇；焊前不預(yù)熱，也不進行焊后熱處理。
上述雖然對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，其特征是，步驟如下(1)在待焊工件接頭處開V形坡口，單面坡口角度為20° 30°，鈍邊2 3mm;(2)用鋼絲刷清理坡口及坡口兩側(cè)30 40mm的表面，去除其油污和鐵銹，直至露出金屬光澤；(3)底層焊道采用“低匹配”700MPa高強高韌性實芯焊絲進行Ar+0)2混合氣體保護焊， 采用多層多道焊，層間溫度控制在100 150°C;焊接參數(shù)為焊接電壓^ 31V，焊接電流 240 :350A，焊接熱輸入控制在10 20kJ/cm，氣體流量10 20L/min ；(4)蓋面層采用SOOMI^高強度藥芯焊絲進行Ar+C02混合氣體保護焊，提高焊縫的表面成形質(zhì)量，獲得表面光潔的焊縫外觀效果；焊接參數(shù)為焊接電壓30 33V，焊接電流 260 380A，焊接熱輸入控制在12 MkJ/cm，保護氣體流量15 25L/min ；焊接之后立即用硅酸鋁板保溫材料覆蓋工件的焊接接頭區(qū)，施以緩冷。
2.如權(quán)利要求1所述的Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，其特征是，所述步驟 (3), (4)中焊接過程連續(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Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，其特征是，所述步驟 (3)中“低匹配” 700MPa高強高韌性實芯焊絲優(yōu)選直徑為1. 2mm的MK · GHS70-G ；施焊前對焊絲進行清理。
4.如權(quán)利要求1所述的Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，其特征是，所述步驟(3)中“低匹配” 700MI^高強高韌性實芯焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為 C^O. 10%, Si 0.4% 0.8%，Mn 1. 25 % 1. 80 %，Mo 0.3% 0.6%，Ni 0.75% 1.15%，Cu彡0.5% ；熔敷金屬力學(xué)性能為抗拉強度彡760MPa，屈服強度σ s660 740MPa，伸長率δ彡18%, _20°C沖擊吸收功Akv彡68J。
5.如權(quán)利要求1所述的Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，其特征是，所述步驟 (3)中Ar+(X)2混合氣體保護打底焊采用的Ar與(X)2的體積比優(yōu)選為85^-95%: 15 % 5%，且兩者體積之和為100%。
6.如權(quán)利要求1所述的Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，其特征是，所述步驟(3)中Ar+COjg合氣體保護焊所用噴嘴直徑優(yōu)選為10mm。
7.如權(quán)利要求1所述的Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，其特征是，所述步驟中SOOMI^高強度藥芯焊絲的直徑為2. 0mm，其熔敷金屬化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為C 彡 0.15%，Si 0.3% 0·6%，Μη 1.2% 1.7%，Ni 1.0% 1·2%，Μο 0.1% 0.5% ；熔敷金屬力學(xué)性能為抗拉強度彡780MPa，屈服強度σ s彡690MPa，伸長率 δ彡16%，-40°C沖擊吸收功Akv彡27J。
8.如權(quán)利要求1所述的Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，其特征是，所述步驟(4)中Ar+(X)2混合氣體保護蓋面焊采用的Ar與(X)2的體積比優(yōu)選為75^-85%:25 % 15%，且兩者體積之和為100%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Q690與Q980高強異種鋼不預(yù)熱焊接方法，待焊工件底層采用低匹配700～800MPa高強高韌性焊絲，采用Ar+CO2混合氣體保護焊；打底層焊道采用700MPa高強高韌性實芯焊絲，蓋面層采用800MPa高強度藥芯焊絲；焊接過程嚴格控制焊接熱量輸入，控制焊縫擴散氫含量在超低氫水平。混合氣體保護焊的Ar與CO2的混合比為(75～95)％Ar∶(25～15)CO2。采用上述不預(yù)熱、不進行焊后熱處理的工藝焊接Q690與Q980高強異種鋼，可獲得無內(nèi)部裂紋焊接接頭，接頭區(qū)平整光潔，焊縫金屬的室溫抗拉強度大于760MPa，試驗溫度0℃的焊縫金屬V形缺口沖擊吸收功為大于68J，滿足了高強異種鋼焊接結(jié)構(gòu)具有較高承載能力的使用要求。
文檔編號B23K9/235GK102513662SQ201110439240
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者李亞江, 李嘉寧, 王娟 申請人:山東大學(xué)