抗拉強度≥650MPa級工程結(jié)構(gòu)用鋼埋弧對接焊接方法
【專利摘要】抗拉強度≥650MPa級工程結(jié)構(gòu)用鋼埋弧對接焊接方法，其步驟：基材力學性能：Rm≥650MPa、ReL≥585MPa，延伸率A≥18%，沖擊功-60oCKV2≥69J；鋼板厚度16mm及20mm等厚鋼板對接焊接；匹配的焊絲:抗拉強度不低于690MPa，直徑Ф4.0mm，焊劑為CHF105；埋弧焊坡口形式：雙面V型非對稱坡口，坡口角度為70°，鈍邊為4.0mm；焊接工藝條件：在電流500~600A、電壓25~30V、速度25~30cm/min、線能量30~36kj/cm的下多層多道連續(xù)施焊，層間溫度在170~210℃，以使焊縫填滿為止。本發(fā)明具有優(yōu)良的焊接力學性能，操作簡便、適用方便、高效、節(jié)能,滿足了大型工程結(jié)構(gòu)制造用鋼厚板制造要求。
【專利說明】抗拉強度& 650MPa級工程結(jié)構(gòu)用鋼埋弧對接焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抗拉強度> 650MPa厚鋼板埋弧焊接工藝，適用于抗拉強度Rm ^ 650MPa級別船舶、海洋平臺及大型工程結(jié)構(gòu)用鋼厚板埋弧對接焊，它屬于大型船舶、海洋平臺及工程結(jié)構(gòu)用鋼厚板制造焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國船舶、海洋平臺及大型工程結(jié)構(gòu)建設(shè)的發(fā)展，對造船、海洋平臺、大型工程結(jié)構(gòu)用鋼的需求質(zhì)量和數(shù)量也在不斷的提高，對鋼種的強度及韌性也提出更高的要求。A710鋼是國家“九五”國防新材料科技攻關(guān)項目，旨在為滿足我國艦船、海洋平臺及大型工程結(jié)構(gòu)用鋼提供新一代的鋼鐵材料而開發(fā)研制。為了滿足我國對造船、海洋平臺、大型工程結(jié)構(gòu)用鋼的需求，本 申請人:為開發(fā)研制了我國新一代高強度、高韌性抗拉強度> 650MPa厚鋼板，其綜合力學性能達到了國外同類鋼種水平，尤其是在提高強度的同時低溫沖擊韌性也有較大的提聞?；男阅艿奶崧剬εc之相匹配的焊接材料及焊接工藝提出了迫切的要求。因此，如不及時有效地解決抗拉強度> 650MPa厚鋼板的焊接性及配套焊接材料和焊接工藝問題，將會直接阻礙我國新一代抗拉強度> 650MPa厚鋼板的推廣應用。加快開展抗拉強度> 650MPa厚鋼板焊接新工藝及配套新焊接材料研究，對我國新一代高強度鋼在船舶、海洋平臺及大型工程結(jié)構(gòu)制造【技術(shù)領(lǐng)域】的推廣應用有著重大經(jīng)濟效益及社會效益。
[0003]目前存在的主要問題:采用目前國內(nèi)現(xiàn)有65(T750MPa級埋弧焊接材料與焊接工藝匹配，熔敷金屬沖擊功與實際接頭韌性遠不能滿足我國新一代高強度鋼在船舶、海洋平臺及大型工程結(jié)構(gòu)制造技術(shù) 領(lǐng)域的焊接技術(shù)要求，尤其是與高韌性的基材相比，其韌性指標相差太遠。在高強鋼厚板對接頭及多層焊的情況下，接頭強度與低溫(_60°C KV2)沖擊功無法達到抗拉強度> 650MPa厚鋼板制造焊接技術(shù)指標要求。
[0004]目前，中國專利號為CN201210287003.9的《一種高強度低屈強比LYR690鋼的復合焊接方法》，其采用厚度為40mm的等厚橋梁鋼對接焊接；復合焊坡口采用雙面非對稱X坡口，坡口角度為60°，鈍邊為1mm;匹配的焊絲抗拉強度> 700MPa ;先進行富氬氣保焊焊后連續(xù)施，然后采用埋弧焊連續(xù)施焊。其主要區(qū)別為，專利號為CN201210287003.9所適用范圍為主要為兩種焊接方法(即復合焊接)，富氬氣保護焊打底焊接，埋弧焊蓋面。所焊接的鋼種為高強度低屈強比LYR690鋼。而本專利所焊接的鋼種抗拉強度> 650MPa，焊接方法為不預熱埋弧焊接，接頭服役條件不同，專利號為CN201210287003.9接頭沖擊功所適用范圍為-40°C KV2大于47J，而本專利接頭沖擊功所適用的屬低溫范圍為-60°C KV2大于69J。
[0005]中國專利號為CN200810048249.4的《一種高強度橋梁鋼埋弧焊對接焊接工藝方法》，其解決目前在低合金高強度橋梁鋼制造大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的埋弧焊對接焊接中，焊前預熱80~100°C。措施:其方法:采用抗拉強度為570~650MPa橋梁鋼、厚度為36~60mm ；匹配的焊接材料:焊絲抗拉強度600MPa，焊絲直徑Φ5.0mm，焊劑為SJ105Q ;埋弧焊坡口采用雙面V型非對稱坡口，坡口角度為60°，鈍邊為6mm ;焊前預熱到80~100°C;焊接參數(shù):焊接電流680~700A，焊接電壓29~30V，焊接速度22~23m/h，焊接線能量32~35k j/cm，焊劑烘烤制度為350°C Xlh ;埋弧焊采用多層多道連續(xù)施焊，層間溫度控制在100~160°C。專利號為CN200810048249.4所存在的不足是該專利技術(shù)所適用的焊接范圍為Q420qE鋼種(抗拉強度級別在57(T600MPa)，焊接材料的強度級別為600 MPa,焊前火焰預熱到80~100°C。而本發(fā)明的專利技術(shù)所適用的焊接范圍為A710鋼種(抗拉強度級別在65(T730MPa)，焊接材料的強度級別大于700 MPa。除強度外鋼種服役條件也有差異，上述公開專利焊接接頭_40°C KV2低溫服役溫度大于47J，而本專利接頭_60°C KV2低溫服役溫度大于69J。對于高強度大型結(jié)構(gòu)的建造，其解決的關(guān)鍵問題是在保證安全服役的前提下，焊接后結(jié)構(gòu)不變形、無裂紋產(chǎn)生，接頭具有優(yōu)良力學性能及低溫韌性。然而眾所周知，隨著基材的強度的增加，在焊前不預熱，焊后不熱處理的情況下，保證焊接過程中大型鋼結(jié)構(gòu)防裂、防斷成為制造過程的首要關(guān)鍵技術(shù)。而大型鋼結(jié)構(gòu)制造過程進行焊前預熱，焊后熱處理意味著施工環(huán)境、制造成本及制造周期的困難，無法滿足施工的技術(shù)要求。本發(fā)明公開了一種A710高強度鋼厚板的埋弧焊關(guān)鍵焊接工藝制造技術(shù)，其主要解決的問題是提出了一種埋弧焊接工藝與匹配材料焊接高強度A710鋼厚板對接接頭焊前不預熱、焊后不進行熱處理的焊接工藝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明 的目的在于解決目前的埋弧對接焊工藝不能滿足抗拉強度> 650MPa鋼厚板的焊接技術(shù)要求，提出了一種適用于抗拉強度> 650MPa鋼厚板等厚板與匹配材料埋弧對接焊工藝，且接頭綜合力學性能及低溫沖擊性能滿足工程服役的技術(shù)條件，并焊前不預熱、焊后不進行熱處理的焊接工藝方法。
[0007]實現(xiàn)上述目的的措施
抗拉強度> 650MP a級工程結(jié)構(gòu)用鋼埋弧對接焊接方法，其步驟:
O焊接的基材力學性能:抗拉強度為Rm≥650MPa、屈服強度L≥585MPa，延伸率:A≥18%，沖擊功-60°CKV2≥69J ;鋼板厚度為16mm及20mm的等厚鋼板對接焊接；匹配的焊絲抗拉強度不低于690 MPa，焊絲直徑Φ4.0mm，焊劑為CHF105 ；
2)埋弧焊坡口形式:雙面V型非對稱坡口，坡口角度為70°，鈍邊為4.0mm;
3)焊接工藝條件:在焊接電流500-600Α、焊接電壓25~30V、焊接速度25~30cm/min、焊接線能量3(T36kj/cm的條件下采用多層多道連續(xù)施焊，并控制層間溫度在17(T210°C，以使焊縫填滿為止。
[0008]其特征在于:所采用焊絲的化學成分及wt %為C: 0.06~0.12%、Si≤1.0%、Mn ( 1.90%、Ni ( 0.50%、Ti:0.12%、B ≤ 0.012%、P ≤ 0.015%、S ≤ 0.010%，其余為鐵及
不可避免的雜質(zhì)。
[0009]本發(fā)明抗拉強度> 650MPa的鋼板對接接頭采用焊前不預熱，焊后不進行熱處理工藝，經(jīng)采用大量試驗選擇的焊接工藝參數(shù)，并進行探傷檢測，未發(fā)現(xiàn)有裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象，焊接接頭具有優(yōu)良低溫性能及抗裂性能，即接頭三區(qū)的_60°CKV2沖擊功達到103J，遠高于拉強度> 650MPa鋼-60°C KV2 ^ 69J的低溫性能標準，接頭三區(qū)具有較高的沖擊韌性儲備及安全裕度，完全能滿足大型結(jié)構(gòu)制造的關(guān)鍵技術(shù)要求。
[0010]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明公開的“抗拉強度> 650MPa厚鋼板埋弧對接焊工藝方法”，滿足了我國船舶、海洋平臺及大型工程結(jié)構(gòu)制造用鋼厚板對接焊接提出了關(guān)鍵埋弧焊接工藝制造技術(shù)，埋弧焊對接接頭抗拉強度、接頭三區(qū)沖擊功達到較高水平，接頭具有較高的低溫沖擊韌性儲備及安全裕度，即接頭三區(qū)低溫沖擊功遠高于基材_60°CKV2≥69J。
[0011](2)由于采用本發(fā)明焊接工藝技術(shù)，埋弧焊接頭過熱區(qū)主要為貝氏體組織，焊縫金屬主要為細小的針狀鐵素體組織，從而使焊縫具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性及抗裂性能。
[0012](3)采用本發(fā)明焊接工藝技術(shù)實現(xiàn)了抗拉強度≥650MPa鋼對接接頭厚板結(jié)構(gòu)制造過程焊前不預熱、焊后不進行熱處理的焊接工藝，采用多層多道連續(xù)施焊工藝時接頭低溫性能仍具有較高的沖擊功。
[0013]本發(fā)明所述的焊接工藝方法具有優(yōu)良的焊接力學性能，操作簡便、適用方便、高效、節(jié)能、并且滿足了我國船舶、海洋平臺及大型工程結(jié)構(gòu)制造用鋼厚板制造推廣應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明采用厚度為16mm等厚對接接頭坡口示意圖；
圖2為本發(fā)明采用厚度為20mm等厚對接接頭坡口示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面對本發(fā)明予以詳細描述:
各實施例所用焊絲為在化學成分及wt %為C: 0.06~0.12%、Si ≤ 1.0%, Mn ≤ 1.90%、Ni ≤ 0.50%、Ti0.12%、B ≤0.012%、P ≤0.015%、S ≤0.010%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)的任意取值所制備的。
[0016]以下各實施例的焊接均按照以下步驟進行，并在焊接工藝的參數(shù)范圍內(nèi)任意取值:
1）焊接的基材力學性能:抗拉強度為Rm≥650MPa、屈服強度L≥585MPa，延伸率:A≥18%，沖擊功-60°CKV2≥69J ;鋼板厚度為16mm及20mm的等厚鋼板對接焊接；匹配的焊絲抗拉強度不低于690 MPa，焊絲直徑Φ4.0mm，焊劑為CHF105 ；
2)埋弧焊坡口形式:雙面V型非對稱坡口，坡口角度為70°，鈍邊為4.0mm;
3)焊接工藝條件:在焊接電流500-600Α、焊接電壓25~30V、焊接速度25~30cm/min、焊接線能量30~kj/cm的條件下采用多層多道連續(xù)施焊，并控制層間溫度在17(T210°C，以使焊縫填滿為止。
[0017]實施例1:
基材:抗拉強度720MPa,厚板組合16mm+16mm。試板尺寸為600_X400_X 16mm,埋弧焊坡口采用非對稱V型坡口，坡口角度為70°，鈍邊4_。焊接材料匹配:上述焊絲及CHF105，熔敷金屬的力學性能為Rel=600MPa，Rm=695 MPa, A=25%, Z=72%,沖擊功_60°C KV2=103J。將抗拉強度≥650MPa,厚度為16mm+16mm規(guī)格的鋼板進行埋弧對接接頭焊接；前述的焊絲，其焊絲直徑為Φ4.0mm，焊劑為CHF105 ;焊接工藝規(guī)范:焊接電流500A，焊接電壓25V，焊接速度25cm/min，焊接線能量30kj/cm ;埋弧焊對接接頭采用多層多道連續(xù)施焊，層間溫度控制在17(Tl80°C。
[0018]在不進行焊前預熱、焊后熱處理的條件下，所焊接的鋼板對接接頭力學性能為:焊縫抗拉強度Rm =72IMPa,接頭冷彎d=3a，180°合格，焊縫沖擊功_60°C KV2=82J,熔合線沖擊功-60°C KV2=98 J，熱影響區(qū)(0.5mm) -60°C KV2= 87J。
[0019]實施例2
基材:抗拉強度7IOMPa,厚板組合20mm+20mm。試板尺寸為600_X400_X 20mm,埋弧焊坡口采用非對稱V型坡口，坡口角度為70°，鈍邊4_。焊接材料匹配:上述焊絲及CHF105，熔敷金屬的力學性能為Rel=600MPa，Rm=695 MPa, A=25%, Z=72%,沖擊功_60°C KV2=103J。將抗拉強度≥650MPa,厚度為20mm+20mm規(guī)格的鋼板進行埋弧對接接頭焊接；前述的焊絲，其焊絲直徑為Φ4.0mm，焊劑為CHF105 ;焊接工藝規(guī)范:焊接電流飛00A,焊接電壓~30V,焊接速度~30cm/min,焊接線能量~36 kj/cm ;埋弧焊對接接頭采用多層多道連續(xù)施焊，層間溫度控制在195~210°C。
[0020]在不進行焊前預熱、焊后熱處理的條件下，所焊接的鋼板對接接頭力學性能為:焊縫抗拉強度Rm =705MPa,接頭冷彎d=3a，180°合格，焊縫沖擊功_60°C KV2=91J,熔合線沖擊功 _60°C KV2=81 J，熱影響區(qū)(0.5mm) -60°C KV2= 97J。
[0021]實施例3
基材:抗拉強度7IOMPa,厚板組合20mm+20mm。試板尺寸為600_X400_X 20mm,埋弧焊坡口采用非對稱V型坡口，坡口角度為70°，鈍邊4_。焊接材料匹配:上述焊絲及CHF105，熔敷金屬的力學性能為Rel=600MPa，Rm=695 MPa, A=25%, Z=72%,沖擊功_60°C KV2=103J。將抗拉強度≥650MPa,厚度為20mm+20mm規(guī)格的鋼板進行埋弧對接接頭焊接；前述的焊絲，其焊絲直徑為Φ4.0mm，焊劑為CHF105 ;焊接工藝規(guī)范:焊接電流飛50A，焊接電壓~30V，焊接速度~30Cm/min，焊接線能量~33 kj/cm ;埋弧焊對接接頭采用多層多道連續(xù)施焊，層 間溫度控制在185~205°C。
[0022]在不進行焊前預熱、焊后熱處理的條件下，所焊接的鋼板對接接頭力學性能為:焊縫抗拉強度Rm =7IOMPa,接頭冷彎d=3a，180°合格，焊縫沖擊功_60°C KV2=97J,熔合線沖擊功-600C KV2=91 J，熱影響區(qū)(0.5mm) -60°C KV2= IOlJ0
[0023]本【具體實施方式】僅為最佳例舉，并非對本發(fā)明技術(shù)方案的限制性實施。
【權(quán)利要求】
1.抗拉強度>650MPa級工程結(jié)構(gòu)用鋼埋弧對接焊接方法，其步驟: O焊接的基材力學性能:抗拉強度為Rm≥650MPa、屈服強度L≥585MPa，延伸率:A≥18%，沖擊功-60°CKV2≥69J ;鋼板厚度為16mm及20mm的等厚鋼板對接焊接；匹配的焊絲抗拉強度不低于690 MPa，焊絲直徑Φ4.0mm，焊劑為CHF105 ； 2)埋弧焊坡口形式:雙面V型非對稱坡口，坡口角度為70°，鈍邊為4.0mm; 3)焊接工藝條件:在焊接電流500-600Α、焊接電壓25~30V、焊接速度25~30cm/min、焊接線能量3(T36kj/cm的條件下采用多層多道連續(xù)施焊，并控制層間溫度在17(T210°C，以使焊縫填滿為止。
2.如權(quán)利要求1所述的抗拉強度>650MPa級工程結(jié)構(gòu)用鋼埋弧對接焊接方法，其特征在于:所采用焊絲的化學成分及wt %為C: 0.06~0.12%、Si≤ 1.0%、Mn ≤1.90%、Ni ≤0.50%、Ti0.12%、B≤0.012%、P≤0.015%、S≤0.010%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
【文檔編號】B23K9/18GK103934552SQ201410137773
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】繆凱, 黃治軍, 牟文廣, 鄭江鵬, 李立軍, 劉文艷, 袁桂蓮, 方要治, 許穎 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司