專利名稱：保障析出強化高強鋼接頭強度的混合氣體保護焊焊接工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高強鋼焊接技術領域，特別涉及一種保障析出強化高強鋼接頭強度的混合氣體保護焊焊接工藝。
背景技術：
抗拉強度高于600MPa級的熱軋高強度鋼板已經在工程機械、橋梁、汽車、建筑等領域得到了廣泛的應用。微合金化高強鋼由于具備合金成本低、生產流程短的特點，占據市場的主導地位。薄板坯連鑄連軋是20世紀末開發(fā)成功的生產熱軋卷板的短流程工藝，近年來在我國得到迅速發(fā)展。研究表明，與傳統(tǒng)流程生產的同樣成分的低碳鋼相比，薄板坯連鑄連軋產品具有組織細、強度高的特點，這種特點與微合金化技術結合開發(fā)高強度甚至超高強度鋼具有明顯優(yōu)勢。鋼中常用的微合金化元素有Ti、V、Nb、B等，在這三種微合金元素中，Ti的合金化成本最低。抗拉強度600 MPa級以上的熱軋高強度帶鋼中通常添加較高的Ti (質量百分比為0.07 0.15%)。Ti可以與氮形成TiN阻止加熱時奧氏體晶粒長大，可細化開軋時的原始晶粒，軋制時在奧氏體高溫區(qū)析出的Ti(CN)粒子阻滯奧氏體的再結晶過程，最終細化鐵素體晶粒；相間析出或相變后在鐵素體內形成的粒子非常細小，能產生強烈的析出強化效果。強化作用的大小取決于Ti (CN)顆粒的數量、分布、大小及其與鐵素體基體的共格性等。一般來說，析出相的數量越多，質點越細小，其對強度的貢獻越大，析出相中細小粒子TiC (〈10 nm)的強化作用顯著。本發(fā)明人在做析出強化高強鋼的焊接試驗時發(fā)現(xiàn)，此類鋼板在常規(guī)焊接時，焊接熱影響區(qū)均存在不同程度的軟化現(xiàn)象。焊接接頭的強度較母材下降明顯。進一步觀察發(fā)現(xiàn)，焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)、細晶區(qū)的析出相均較母材析出相有明顯粗化，析出強化效果隨著析出相顆粒尺寸的增大而降低，因而，造成焊接熱影響區(qū)強度降低。現(xiàn)有研究結果表明，析出相隨著加熱溫度的提高和保溫時間延長，析出相急劇長大，以至于降低鋼板的強度和韌性，I 4nm的彌散分布析出相對鋼的強化作用最顯著。本發(fā)明人的研究結果表明，析出強化高強鋼母材晶粒尺寸為3 10um，晶內以及晶界上析出大量的I 3nm的Ti (CN)強化相，為細晶強化十析出強化。經過焊接熱循環(huán)后，粗晶區(qū)晶粒長大至40 120um，細晶強化效果大大降低，而IOnm以下的Ti (CN)析出強化相均溶解，造成第二相強化效果顯著降低。由此可以推論粗晶區(qū)晶粒長大及IOnm以下Ti (CN)析出相的溶解是造成含Ti析出強化高強鋼粗晶區(qū)軟化的原因。IOnm以下析出相粗化，使得析出強化效果降低，是細晶區(qū)強度降低的原因之一。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種保障析出強化高強鋼接頭強度的混合氣體保護焊焊接工藝。降低了析出強化高強鋼焊接后強度損失。
該方法在焊接抗拉強度600MPa以上析出強化高強鋼時，可降低焊接熱影響區(qū)軟化區(qū)寬度，保障熱影響區(qū)硬度，降低焊接接頭強度的損失，使得接頭強度損失控制在40MPa以內，滿足使用要求。本發(fā)明適用于微合金化析出強化高強鋼的焊接使用，為解決上述技術問題，具體工藝步驟如下I、采用體積百分比80%Ar + 20%C02的混合氣體保護焊工藝焊接，焊絲的熔覆金屬強度等于或高于母材的強度，所述的母材指被焊接的鋼板，焊接坡口角度為45 75度，坡口間隙為f2mm.，焊前清理坡口內的油污和鐵銹。2、采用單面焊雙面成形技術進行打底焊接，焊接電流為90 140A，焊接線能量為
7 12kJ/cm。3、第二道焊接電流為16(T280A，焊接線能量為7 18kJ/cm，保障焊道根部熔透，避免產生焊接缺陷。4、填充焊道及蓋面焊道的焊接電流為9(T280A，焊接線能量為7 18kJ/cm。在焊接過程中需清理焊道表面的氧化皮，避免產生夾渣、未熔合缺陷。本發(fā)明的優(yōu)點在于I、實施方便，焊接效率高?；旌蠚怏w保護焊(80% Ar + 20% CO2)是常用的焊接方法，設備及耗材易于采購實現(xiàn)，焊接工人易于掌握實施，可以采用自動焊工藝，焊接效率高。2、焊接缺陷發(fā)生率低。采用的打底焊接工藝，保障鋼板底部焊道的熔合效果，不會發(fā)生熔合不良缺陷。采用的第二道的焊接工藝，電流適當提高，保障熔深，產生的熔渣能充分上浮，焊縫根部能充分熔合。3、焊縫填充金屬硬度可控。采用等強或高強匹配焊絲，控制焊接熱輸入，使得填充金屬不至于過熱，避免了晶粒粗大造成強度損失。4、粗晶區(qū)不發(fā)生軟化。對于含有Ti、Nb、V、Mo等強碳化物形成元素的析出強化高強鋼來說，微量的C必形成穩(wěn)定的碳化物，固定了碳原子，在一般加熱溫度下不能溶入奧氏體中，而以碳化物形式存在，使得奧氏體晶格中出現(xiàn)“無碳區(qū)”或“貧碳區(qū)”，降低過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C-曲線左移。隨著焊接熱輸入的提高，t8/5冷卻時間延長，冷卻速度降低，形成鐵素體與馬氏體(小島狀)的粒狀貝氏體。采用較小的焊接線能量，提高粗晶區(qū)冷卻速度，使得粗晶區(qū)發(fā)生馬氏體和貝氏體相變，通過組織強化保障粗晶區(qū)不發(fā)生軟化。5、接頭軟化區(qū)域較窄。采用等強或者高強匹配焊絲，使得焊縫填充金屬硬度等于或者高于母材，焊接接頭軟化區(qū)域較窄，軟化區(qū)寬度低于3_，僅局限于熱影響區(qū)的細晶區(qū)，細晶區(qū)硬度較母材硬度降低13 20HV10，因而強度損失較少，接頭強度損失控制在40MPa以內。
具體實施例方式實施例I :薄板坯連鑄連軋析出強化高強鋼，含有質量百分比0. 13% Ti和0.056% Nb，鋼卷卷曲溫度600°C，鋼板厚度6mm，熱軋態(tài)力學性能為屈服強度650MPa，抗拉強度71OMPa, -20°C沖擊吸收功 52J，試樣尺寸 5mmX IOmmX 55mm。I、采用體積百分比80%Ar + 20%C02的混合氣體保護焊工藝焊接，ER100S-G混焊絲，焊接坡口角度為60度，坡口間隙為I. 5mm.，焊前清理坡口內的油污和鐵銹。2、采用單面焊雙面成形技術進行打底焊接，焊接電流為90A，焊接線能量為SkJ/cm o3、第二道焊接電流為160A，焊接線能量為18kJ/cm，保障焊道根部熔透，避免產生焊接缺陷。4、填充焊道及蓋面焊道的焊接電流為160A，焊接線能量為18kJ/cm。在焊接過程中清理焊道表面的氧化皮，避免產生夾渣、未熔合缺陷。經測試，焊接接頭抗拉強度為710MPa。 實施例2 薄板坯連鑄連軋析出強化高強鋼，含有質量百分比0.09% Ti和0.078% Nb，鋼卷卷曲溫度580°C，鋼板厚度10mm，熱軋態(tài)力學性能為屈服強度780MPa，抗拉強度840MPa, -20°C沖擊吸收功 65J，試樣尺寸 I. 5mmX IOmmX 55mm。I、采用體積百分比80%Ar + 20%C02的混合氣體保護焊工藝焊接，ERllOS-G混焊絲，焊接坡口角度為60度，坡口間隙為2mm.，焊前清理坡口內的油污和鐵銹。2、采用單面焊雙面成形技術進行打底焊接，焊接電流為120A，焊接線能量為IOkJ/cm。3、第二道焊接電流為230A，焊接線能量為15kJ/cm，保障焊道根部熔透，避免產生焊接缺陷。4、填充焊道及蓋面焊道的焊接電流為230A，焊接線能量為15kJ/cm。在焊接過程中清理焊道表面的氧化皮，避免產生夾渣、未熔合缺陷。經測試，焊接接頭抗拉強度為810MPa。
權利要求
1.ー種保障析出強化高強鋼接頭強度的混合氣體保護焊焊接エ藝，其特征在于，エ藝步驟為 (1)用體積百分比80%Ar+ 20%C02的混合氣體保護焊エ藝焊接，焊絲的熔覆金屬強度等于或高于母材的強度，焊接坡口角度為45 75度，坡ロ間隙為r2mm; (2)用單面焊雙面成形技術進行打底焊接，焊接電流為9(Γ140Α，焊接線能量為7 12kJ/cm ； (3)第二道焊接電流為16(Γ280Α，焊接線能量為7 18kJ/cm； (4)填充焊道及蓋面焊道的焊接電流為9(Γ280Α，焊接線能量為7 18kJ/cm。
全文摘要
一種保障析出強化高強鋼接頭強度的混合氣體保護焊焊接工藝，屬于高強鋼焊接技術領域。該工藝采用混合氣體保護焊、單面焊雙面成形等技術對抗拉強度600MPa以上析出強化高強鋼進行焊接。優(yōu)點在于，該方法可降低焊接熱影響區(qū)軟化區(qū)寬度，保障熱影響區(qū)硬度，降低焊接接頭強度的損失，使得接頭強度損失控制在40MPa以內，滿足使用要求。
文檔編號B23K9/16GK102658416SQ201210142938
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權日2012年5月8日
發(fā)明者劉宏, 張楠, 張熹, 張飛虎, 潘輝, 牟淑坤, 章軍, 董現(xiàn)春, 許靜, 郭占山, 陳延清, 齊健 申請人:首鋼總公司