高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，適用于高強耐候鋼的焊 接工藝方案的編制，屬于焊接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于現(xiàn)代制造業(yè)輕量化的要求，工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω邚姸蠕撹F的需求量也越來越 大，而考慮到鋼鐵的服役環(huán)境和使用壽命，又需要鋼鐵具有較好的耐大氣腐蝕的性能。高強 耐候鋼是耐腐蝕性能介于普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼系列，在普碳鋼的基礎(chǔ)上添加少 量銅、鎳、鉻、鉬、錳等合金元素改善其耐腐蝕性能和提高其力學(xué)性能，不僅具備優(yōu)質(zhì)鋼的強 韌性、延展性、成型性、抗疲勞等特性，其耐候性為普碳鋼的2-8倍。因為高強耐候鋼綜合機 械力學(xué)性能好，尤其是強度較高，并且具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕的性能而越來越廣泛的應(yīng)用 于鋼鐵制造領(lǐng)域，特別是服役環(huán)境較惡劣工程應(yīng)用領(lǐng)域，如橋梁工程，耐候鋼有著廣闊的應(yīng) 用前景。
[0003] 而高強耐候鋼化學(xué)成分復(fù)雜，連接時還要保證焊接接頭等強性和耐候性的匹配， 給焊接工藝方案的制定和焊接工藝評定帶來了很大困難，焊接預(yù)熱溫度的確定、焊接線量 能范圍的選擇、焊縫組織與成分的控制以及焊接時焊接電流、電壓及焊接速度等關(guān)鍵焊接 工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍都需要經(jīng)過反復(fù)繁雜的試探性工藝實驗來逐步確認(rèn)，不僅耗費大量的 人力，還需要很長的實驗周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有高強耐候鋼可焊性實驗和焊接性能實驗的繁雜和周期長的缺點， 提供了一種高強耐候鋼的焊接工藝方案和焊接工藝評定方案的制定方法。通過該方法，可 以使整個焊接工藝流程更加條理化，減少焊接實驗的次數(shù)和焊接試樣數(shù)目，縮短焊接實驗 周期。
[0005] 為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案： 一種高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，包括以下步驟：（1)預(yù)判材料的焊 接性： 根據(jù)碳當(dāng)量CE=計算公式： CE=w(C)+w(Mn)/6+w(Cr+Mo+V)/5+w(Ni+Cu)/15 其中，w表示元素含量，計算母材的碳當(dāng)量，當(dāng)板厚小于20 mm，CE < 0. 40%時，鋼材淬 硬傾向不大，焊接性良好，不需預(yù)熱；反之，需考慮預(yù)熱； (2) 預(yù)評母材的裂紋敏感傾向： 根據(jù)焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm計算公式： Pcm= w (C)+ w (Si)/30+ w (Mn+Cu+Cr)/20+ w(Mo)/15+ w (V)/10 + w(Ni)/60+5w(B) 當(dāng)Pcm低于0. 2時，可不預(yù)熱，否則，需考慮預(yù)熱； (3) 焊接材料的選擇：根據(jù)材料的力學(xué)性能，參考材料的化學(xué)成分，計算母材和焊接材 料的耐候性I : 1 = 26. 01w(Cu)+3. 88w(Ni)+l. 20w(Cr)+l. 49w(Si)+17. 28w(P)-7. 29w(Cu) w (Ni)-9. IOw (Ni) w (P)-33. 39 w(Cu)2 根據(jù)母材與焊接材料化學(xué)成分、耐候性與力學(xué)性能的匹配，根據(jù)AWS (美國焊接協(xié)會的 縮寫American Welding Society)標(biāo)準(zhǔn)，確定焊接材料； (4) 預(yù)熱溫度的估算：根據(jù)步驟（1)、（2)綜合確定焊接是否需要預(yù)熱，若不需要預(yù)熱， 直接進(jìn)行步驟（6)，若需要預(yù)熱，還需進(jìn)一步由焊接裂紋敏感性實驗確定預(yù)熱溫度。如Y型 坡口抗裂實驗建立的公式確定預(yù)熱溫度T tl: T〇=1440 (Pcm+[Η]/60+δ/600)-392 °C 其中，S為板厚，[Η]為熔覆金屬氫含量，結(jié)合焊接線算圖，可估算預(yù)熱溫度； (5) 最低預(yù)熱溫度的確定：根據(jù)步驟（4)確定的預(yù)熱溫度進(jìn)行Y型坡口實驗，焊后48小 時后進(jìn)行焊縫剖析，金相觀測是否存在裂紋。若有裂紋，計算裂紋率，根據(jù)裂紋率逐次提高 預(yù)熱溫度20-KKTC再次實驗，直至無裂紋產(chǎn)生以確定焊接預(yù)熱溫度；若無裂紋，逐次減低 預(yù)熱溫度20-50°C再次實驗，直至出現(xiàn)裂紋，出現(xiàn)裂紋的上一個溫度點為最低預(yù)熱溫度。
[0006] 本發(fā)明非強制性選擇裂紋敏感性實驗方法，裂紋敏感性性實驗也可以選用CTS實 驗、插銷式實驗； (6) 焊接線能量的確定：通過熱模擬實驗確定材料的Ack Ac3、相變點，然后通過焊接熱 模擬試樣，分析從800°C冷卻到500°C的不同時間t8/5，與對應(yīng)熱影響區(qū)的組織構(gòu)成及硬度、 沖擊韌性的關(guān)系，確定可供選擇的t 8/5，根據(jù)對應(yīng)t8/5與線能量E由關(guān)系式：
【主權(quán)項】
1. 一種高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，其特征在于，所述的焊接工藝評 定方案的制定方法包括W下步驟： (1) 選擇焊接材料，根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能和耐候性從AWS標(biāo)準(zhǔn)中選擇匹配的 焊接材料； (2) 預(yù)熱判斷，根據(jù)計算所得的鋼材碳當(dāng)量和裂紋敏感性指計算值，評估鋼材施焊時是 否需要預(yù)熱，若不需要預(yù)熱，直接進(jìn)行后續(xù)焊接，若需要預(yù)熱，需進(jìn)一步進(jìn)行焊接裂紋敏感 性實驗，估算焊接預(yù)熱溫度； (3) 在估算的預(yù)熱溫度下，進(jìn)行焊接裂紋敏感性實驗，確定實際焊接預(yù)熱溫度； (4) 根據(jù)焊接熱影響區(qū)的熱模擬實驗結(jié)果，計算焊接線能量范圍； (5) 根據(jù)計算的線能量范圍，進(jìn)行實際的焊接實驗； (6) 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對焊接接頭進(jìn)行性能檢測，對檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，得到 焊接工藝窗口； (7) 根據(jù)焊接接頭性能的優(yōu)劣性，對焊接工藝窗口中的工藝參數(shù)進(jìn)行擇優(yōu)選擇，并對相 應(yīng)的焊接工藝進(jìn)行評定，并給出工藝評定報告。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，其特征在于， 步驟一中，耐候性I的計算公式： 1 = 26. 01w(Cu)+3. 88w(Ni)+l. 20w(Cr)W. 49w(Si)W7. 28w(P)-7. 29w(Cu) w(Ni)-9. 10w(Ni)w(F〇-33. 39 w(Oi)2， 其中，w表示元素含量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，其特征在于， 步驟二中，所述鋼材碳當(dāng)量CE的計算公式： CE=w (C) +W (Mn) /6+W (Cr+Mo+V) /5+W (Ni+Qi) /15 其中，w表示元素含量，計算母材的碳當(dāng)量，當(dāng)板厚小于20 mm，并且CE < 0. 40%時，鋼 材澤硬傾向不大，焊接性良好，不需預(yù)熱；反之，需考慮預(yù)熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，其特征在于， 步驟二中，所述裂紋敏感性指計算值Pcm計算公式： 化 m= w(C)+ w(SU/30+ w(Mn+Cu+Cr)/20+ w(Mo)/15+ w(V)/10 + w(W)/60+5w 炬） 當(dāng)Pcm低于0. 2時，可不預(yù)熱，否則，需考慮預(yù)熱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，其特征在于， 步驟=中，焊接預(yù)熱溫度T。的計算公式： T〇=1440 (化m+出]/60+ 5 /600)-392°C 其中，5為板厚，出]為烙覆金屬氨含量，結(jié)合焊接線算圖，估算預(yù)熱溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，其特征在于， 步驟四中，先通過熱模擬實驗確定材料的Aci和Ac 3相變點，然后通過焊接熱模擬試樣，分析 從Ac3冷卻到Ac 1的不同時間t8/5,巧/5與線能量E由關(guān)系式；
其中，A為鋼材熱導(dǎo)率，初步確定合適的熱輸入范圍。
【專利摘要】本發(fā)明是一種高強耐候鋼的焊接工藝評定方案的制定方法，包括以下步驟：選擇焊接材料；預(yù)熱判斷；確定實際焊接預(yù)熱溫度；計算焊接線能量范圍；根據(jù)計算的線能量范圍，進(jìn)行實際的焊接實驗；根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對焊接接頭進(jìn)行性能檢測，對檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，得到焊接工藝窗口；根據(jù)焊接接頭性能的優(yōu)劣性，對焊接工藝窗口中的工藝參數(shù)進(jìn)行擇優(yōu)選擇，并對相應(yīng)的焊接工藝進(jìn)行評定，并給出工藝評定報告；本方法可以使整個焊接工藝流程更加條理化，減少焊接實驗的次數(shù)和焊接試樣數(shù)目，縮短焊接實驗周期。
【IPC分類】B23K37-00, G06F19-00
【公開號】CN104588922
【申請?zhí)枴緾N201410670649
【發(fā)明人】張盛海, 李麗, 鄧偉, 劉雙, 田 浩, 孟凡奎
【申請人】南京鋼鐵股份有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年11月20日