一種耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝的製作方法

2023-04-25 01:08:31 2

一種耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝的製作方法
【專利摘要】本發明是一種耐濱海地區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℃衝擊功≥27J；焊條化學成分：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%，餘量為Fe及不可避免雜質；焊條電弧焊坡口採用非對稱X型坡口；焊接工藝參數：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；本發明焊接接頭具有優良的綜合力學性能，實用性強。
【專利說明】一種耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝【技術領域】
[0001]本發明屬於鋼鐵材料焊接領域，涉及一種電弧焊焊接工藝，具體的說是一種耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝。
【背景技術】
[0002]大氣腐蝕是鋼鐵材料的主要破壞形式之一。據統計，全世界每年因腐蝕而損耗的鋼鐵材料佔鋼材產量的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，而因防蝕措施所產生的費用在工程投資中也佔了相當的比例。如能應用近代腐蝕科學技術知識和防腐蝕技術，腐蝕的經濟損失可以降低25% -30%。採用不鏽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，由於海風的吹拂,霧氣中會夾雜著氯化鈉顆粒,使大氣中含有氯離子。濱海環境高溫、高溼的特點，有助於氯離子在鋼板表面的沉積，通過乾濕交替作用氯離子滲透到鋼板的內部，導致了鋼結構的過早失效，由於塗裝、維修成本很高，氯離子的作用引起了國內外研究者的重視。因此，免塗裝耐大氣腐蝕鋼應運而生。採用耐候鋼無初期塗裝和維護塗裝，生命周期成本低；無有機揮發物的釋放，健康環保；其鏽層顏色隨時間變化，最後變成深褐色，與周圍自然環境相協調。耐蝕性可延長鋼結構的使用壽命，高強度可使鋼材厚度減薄，重量減輕，廣泛應用於鐵路車輛、橋梁、建築、貨櫃、輸電塔、電視塔、工程機械、管線、汽車、農機、船舶、鍋爐、容器、道路護欄、環衛設施等等。
[0004]為了適應我國當前對耐濱海地區大氣腐蝕鋼材的迫切需要，開發出力學綜合性能優良的耐濱海地區大氣腐蝕鋼板並解決其焊接關鍵技術，對於豐富我國沿海地區建設用鋼的品種具有重要意義。由於濱海地區服役環境十分惡劣，除承受結構應力外，還受到高溫高溼等濱海地區環境的影響，這就需要耐濱海地區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，為防止耐濱海地區大氣腐蝕用鋼焊接接頭的脆化問題，合理匹配焊接材料、優化焊接工藝參數是技術關鍵。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題: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衝擊韌性不低於27J的高標準設計要求，焊接接頭具有優良的力學綜合性能。
[0006]本發明解決以上技術問題的技術方案是:
[0007]—種耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，採用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%，餘量為 Fe 及不可避免雜質；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衝擊功Akv≥27J ；
[0008]焊條化學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%，餘量為 Fe 及不可避免雜質；
[0009]焊條電弧焊坡口採用非對稱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: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採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]本發明採用合適的焊接母材、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衝擊韌性不低於27J的高標準設計要求，焊接接頭具有優良的力學綜合性能。
[0012]本發明對焊接母材及焊條的化學成分進行選擇，配合合理的焊接工藝參數，從而阻止了焊縫金屬產生粗大的先共析鐵素體，阻止粗晶區產生粗大的粒狀貝氏體甚至產生魏氏組織，提高了焊接接頭低溫衝擊韌性；同時，可以進一步防止熔池(焊縫)附近發生過熱現象，從而阻止該區域晶粒長大粗化嚴重，在焊縫一次結晶組織中阻止了粗柱狀晶及樹權晶的產生，從而降低了熱裂縫的敏感性；在焊縫二次結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效果。
[0013]焊接接頭的強韌性是由成分及焊接熱循環等條件決定的，不同的焊接工藝會導致焊縫和熱影響區產生不同的組織，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衝擊韌性的關鍵。在較大焊接熱輸入條件下，焊縫金屬產生粗大的先共析鐵素體，而粗晶區產生粗大的粒狀貝氏體甚至產生魏氏組織，這是焊接接頭低溫衝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。本發明設定焊接熱輸入量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。本發明設定焊接電流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]本發明實施後，耐濱海地區大氣腐蝕用鋼焊接接頭部位的力學性能為: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衝擊功Akv≥27J。
[0016]本發明進一步限定的技術方案是:
[0017]前述的耐濱海地區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]本發明的有益效果是:⑴本發明滿足低溫條件下焊接接頭力學綜合性能優良的16-50mm厚Q415NH-BH耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊接關鍵技術。採用合適的焊接母材、焊接材料和焊接工藝能夠保證焊接接頭強度不低於母材和-40°C衝擊韌性不低於27J的高標準設計要求，焊接接頭具有優良的力學綜合性能。⑵本發明實現了耐濱海地區大氣腐蝕用16_厚Q415NH-BH鋼板對接接頭焊條電弧焊製造過程的焊接工藝，在實施過程中，可以達到焊接接頭力學性能優良的效果，實用性強，高效節能，適用於大型濱海地區建設工程推廣應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例1的X型坡口型式圖。
[0020]圖2是本發明實施例2的X型坡口型式圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]一種焊接接頭力學綜合性能優良的16_厚Q415NH-BH耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，包括以下步驟:
[0023]採用屈服強度≤415MPa的強韌性優良的16mm厚Q415NH-BH耐濱海地區大氣腐蝕用鋼，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%，餘量為Fe及不可避免雜質；焊接母材的屈服強度≤415MPa，抗拉強度Rm520-680MPa，延伸率A≤22%，_40°C衝擊功Akv≤27J ；
[0025]匹配的焊接材料:
[0026]焊條化學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%，餘量為 Fe 及不可避免雜質；
[0027]焊條直徑為Φ4.0mm ;
[0028]焊條電弧焊坡口採用非對稱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: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組合鋼板對接接頭採用多層多道氣保焊焊接，焊縫層間溫度控制在150°C。
[0030]經過上述實施例1的焊接方法對16mm厚Q415NH-BH耐濱海地區大氣腐蝕用鋼進行焊條電弧焊焊接後，對焊接接頭的力學性能進行檢測。焊接接頭的拉伸和彎曲性能如表I所示，衝擊性能如表2所示。
[0031]表1焊接接頭的拉伸及側彎性能
【權利要求】
1.一種耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其特徵在於: 採用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%，餘量為Fe及不可避免雜質；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衝擊功 Akv ≥ 27J ； 焊條化學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%，餘量為 Fe 及不可避免雜質； 焊條電弧焊坡口採用非對稱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: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採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.如權利要求1所述的耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其特徵在於:焊條直徑Φ3.2mm或Φ4.0mm,焊條抗拉強度≥520MPa。
3.如權利要求1或2所述的耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其特徵在於: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%，餘量為Fe及不可避免雜質；焊接母材的屈服強度≥415MPa，抗拉強度Rm 520-680MPa,延伸率A≥22%, _40°C衝擊功Akv≥27J ；
焊條化學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%，餘量為Fe及不可避免雜質； 焊條直徑為Φ 4.0mm ;焊條電弧焊坡口採用非對稱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: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組合鋼板對接接頭採用多層多道氣保焊焊接，焊縫層間溫度控制在150°C。
4.如權利要求1或2所述的耐濱海地區大氣腐蝕用鋼的焊條電弧焊焊接工藝，其特徵在於: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%，餘量為Fe及不可避免雜質；焊接母材的屈服強度≥415MPa，抗拉強度Rm 520-680MPa,延伸率A≥22%, _40°C衝擊功Akv≥27J ；
焊條化學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%，餘量為Fe及不可避免雜質； 焊條直徑為Φ 4.0mm ;焊條電弧焊坡口採用非對稱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: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組合鋼板對接接頭採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 優先權日:2014年5月19日
【發明者】劉文明, 李麗, 汪晶潔, 張蘇強, 王軍 申請人:南京鋼鐵股份有限公司