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屈服强度1100MPa级低合金超高强钢的焊接方法技术

技术编号:14628082 阅读:73 留言:0更新日期:2017-02-12 18:48
本发明专利技术提供了一种屈服强度1100MPa级低合金超高强钢的焊接方法,包括如下步骤:将屈服强度在1100MPa以上的焊接母材预热至150-170℃;将所述焊接母材相同板厚对接后,选用氩气、二氧化碳的混合气体作为保护气体,屈服强度在900MPa以上、直径为1-1.2mm的焊丝进行连续施焊,控制焊道层间温度在150-250℃之间,焊接线能量控制在9-15KJ/cm;焊接后进行消氢处理,保温温度为200-220℃,保温时间在1h以上。本发明专利技术实施例的焊接方法通过采用小线能量富氩混合气体保护焊,在保证焊接接头强度的同时提高焊接接头的韧性和塑性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超高强度钢材焊接
,具体而言,涉及一种屈服强度1100MPa级低合金超高强钢的焊接方法
技术介绍
随着环境问题日趋收到重视,市场竞争愈加激烈,钢铁结构强度从400MPa级快速上升到700MPa、900MPa、1100MPa甚至1300MPa级别,其中屈服强度1100MPa级及以上低合金超高强度钢越来越收到人们的关注,采用其制造工程机械的梁结构、起重机的吊臂和自卸车的车体等设备的构件,除了能满足其对强度的要求,还能减轻设备自重,减少燃料消耗,降低成本,减少对环境的污染。随着工程机械行业向“三高一大”方向发展,采用超高强度可焊接结构钢制造港口机械、矿山机械、挖掘机、装载机的梁结构、起重机的吊臂和自卸车的车体等移动设备的构件已经成为必然的趋势。低合金钢超高强钢是在碳素钢基础上通过添加少量微合金Nb、V、Ti、B等元素,结合优化的控制轧制与控制冷却工艺(TMCP技术)和淬火回火工艺,可生产出满足机械制造需求的超高强度钢板。采用TMCP技术可以起到细化晶粒,第二相析出强化的作用,在淬火过程中,合金元素可以提高钢的有效淬透深度,使钢板在淬火过程中形成均匀的马氏体组织,通过低温回火消除淬火应力,通过碳化物弥散析出,提高强度和韧性。马氏体是碳原子固溶在铁原子组成的体心立方晶格八面体间隙中,使体心立方(bcc)晶格沿c轴方向伸长形成正方晶格,从而使晶体点阵发生畸变,产生弹性应<br>力场与位错发生交互作用,最终使钢表现出较高的强度和硬度。工程机械用超高强钢由于其苛刻的使用环境和受力条件对钢材质量有严格的要求,除了要有良好的综合力学性能,还要求有良好的加工工艺性能和焊接性能,而焊接接头的性能将直接影响超高强钢的应用。屈服强度1100MPa级超高强钢由于碳含量相对较高,淬硬性较大,对氢致裂纹比较敏感,在焊接过程中容易在焊接热影响粗晶区和熔合区产生冷裂纹,显著降低热影响区的韧性,此外由于焊接过程热影响区组织发生改变,破坏了原有的细小马氏体结构,使强度急剧下降,从而使整个焊接热影响区以及整个焊接接头的性能发生恶化,常常导致焊接结构发生破坏,造成重大经济损失。因此对于这种超高强度钢其焊接工艺提出了更高的要求。现有技术中的焊接工艺大部分都是针对屈服强度最高只有900MPa左右的钢板,对于适于这种屈服强度1100MPa级超高强钢的焊接工艺还没有任何记载,比如授权公告号为“CN102179606”,专利名称为“一种1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺”的专利,还有授权公告号为“CN105014208”,专利名称为“一种900MPa级高强钢的焊接方法”,授权公告号为“CN101733562”,专利名称为“900MPa高强钢不预热组合焊接方法”,这些技术中钢板屈服强度只有900MPa左右,且焊接后采取470-490℃回火处理,不适用于超高强度马氏体钢的焊接,并且其打底、填充及盖面焊接时,均使用不同型号、级别焊条或焊丝,严重制约生产效率,不适合超高强度钢的焊接。有鉴于此,特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种屈服强度1100MPa级低合金超高强钢的焊接方法,该焊接方法专用于1100MPa级超高强度低合金钢的焊接,并通过采用小线能量富氩混合气体保护焊,按照低强匹配原则选用屈服强度900MPa级的高强焊丝多层多道连续施焊,严格控制焊前预热温度,焊后采用缓冷或低温回火处理,在保证焊接接头强度的同时提高焊接接头的韧性和塑性,确保接头的综合机械性能满足设计要求的同时,制备步骤简单,操作方便,节省操作时间,以及人力物力成本,工艺过程中所涉及的材料均比较廉价,还可以降低焊接材料成本,为超高强度低合金钢的焊接方法弥补了技术空白,具有开拓性的意义。为了实现本专利技术的上述目的,特采用以下技术方案:本专利技术实施例提供了一种屈服强度1100MPa级低合金超高强钢的焊接方法,包括如下步骤:(A)将屈服强度在1100MPa以上的焊接母材预热至150-170℃,所述焊接母材的化学成分重量百分比为:C0.15-0.22%,Si0.20-0.60%,Mn0.60-1.50%,Cr0.30-0.80%,Ni0.400-1.60%,Mo0.10-0.7%,Nb0.01-0.05%,V0.01-0.05%,Al0.02-0.08%,余量为Fe及不可避免的杂质;(B)将所述焊接母材相同板厚对接后,选用氩气、二氧化碳的混合气体作为保护气体,屈服强度在900MPa以上、直径为1-1.2mm的焊丝进行连续施焊,控制焊道层间温度在150-250℃之间,焊接线能量(E)控制在9-15KJ/cm;(C)焊接后进行消氢处理,保温温度为200-220℃,保温时间在1h以上。现有技术中针对低、高强度钢的焊接方法层出不穷,但是这些焊接方法并不适用于超高强度钢,因为超高强度钢本身碳含量相当高,淬硬性较大,对氢致裂纹比较敏感,在焊接过程中容易在焊接热影响粗晶区和熔合区产生冷裂纹,如果在焊接过程中没有严格控制各个工艺操作参数,会很容易使得钢板的组织发生改变,从而影响到钢板本身的力学性能、焊接性能等指标。因此为了解决现有技术中存在的技术问题,本专利技术提供了一种适于1100MPa级超高强度低合金钢的焊接方法,首先本专利技术的这种焊接方法具有特定指向性,不仅其选用的母材必须是1100MPa级超高强度钢,而且必须是低合金钢,即所述焊接母材的各化学成分重量百分比需要控制在以下范围内,C0.15-0.22%,Si0.20-0.60%,Mn0.60-1.50%,Cr0.30-0.80%,Ni0.400-1.60%,Mo0.10-0.7%,Nb0.01-0.05%,V0.01-0.05%,Al0.02-0.08%,余量为Fe及不可避免的杂质,如果对于高合金钢或者是各化学成分不在本专利技术的指标范围内的钢材,本专利技术的焊接方法并不适用。当然,除了焊接母材的屈服强度以及化学成分含量有一定的要求外,焊接母材的抗拉强度最好≥1300MPa,延伸率最好≥9%,-40℃的冲击功最好≥27J,还有对焊接母材的厚度也有一定的要求,厚度控制在4-30mm之间,优选8-20mm,这样的焊接母材不仅本身性能优异,而且能够非常良好的适用于本专利技术的气体保护焊接方法。本专利技术的钢板是采用的冶炼-连铸-控制轧制+控制冷却(TMCP)-淬火+回火处理工艺生产出的屈服强度1100MPa级的低合金超高强钢板。本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种屈服强度1100MPa级低合金超高强钢的焊接方法,其特征在于,包括如下步骤:(A)将屈服强度在1100MPa以上的焊接母材预热至150‑170℃,所述焊接母材的化学成分重量百分比为:C 0.15‑0.22%,Si 0.20‑0.60%,Mn 0.60‑1.50%,Cr 0.30‑0.80%,Ni 0.400‑1.60%,Mo 0.10‑0.7%,Nb 0.01‑0.05%,V 0.01‑0.05%,Al 0.02‑0.08%,余量为Fe及不可避免的杂质;(B)将所述焊接母材相同板厚对接后,选用氩气、二氧化碳的混合气体作为保护气体,采用屈服强度在900MPa以上、直径为1‑1.2mm的焊丝进行连续施焊,控制焊道层间温度在150‑250℃之间,焊接线能量控制在9‑15KJ/cm;(C)焊接后进行消氢处理,保温温度为200‑220℃,保温时间在1h以上。

【技术特征摘要】
1.一种屈服强度1100MPa级低合金超高强钢的焊接方法,其
特征在于,包括如下步骤:
(A)将屈服强度在1100MPa以上的焊接母材预热至
150-170℃,所述焊接母材的化学成分重量百分比为:C0.15-0.22%,
Si0.20-0.60%,Mn0.60-1.50%,Cr0.30-0.80%,Ni0.400-1.60%,
Mo0.10-0.7%,Nb0.01-0.05%,V0.01-0.05%,Al0.02-0.08%,余
量为Fe及不可避免的杂质;
(B)将所述焊接母材相同板厚对接后,选用氩气、二氧化碳
的混合气体作为保护气体,采用屈服强度在900MPa以上、直径为
1-1.2mm的焊丝进行连续施焊,控制焊道层间温度在150-250℃之
间,焊接线能量控制在9-15KJ/cm;
(C)焊接后进行消氢处理,保温温度为200-220℃,保温时间
在1h以上。
2.根据权利要求1所述的一种屈服强度1100MPa级低合金超
高强钢的焊接方法,其特征在于,所述步骤(A)中,焊接母材的
厚度控制在4-30mm之间,优选8-20mm;
优选地,所述焊接母材的屈服强度≥1100MPa,抗拉强度≥
1300MPa,延伸率≥9%,-40℃的冲击功≥27J。
3.根据权利要求2所述的一种屈服强度1100MPa级低合金超
高强钢的焊接方法,其特征在于,所述步骤(A)中,焊接母材在
预热之前经过如下预处理步骤:对于厚度>10mm的焊接母材的的

\t钢板对接接头处开双面对称X型坡口,厚度≤10mm的钢板对接接
头处开V型坡口,并清理坡口表面直至露出金属光泽,对待焊区域
50mm范围内的铁锈、油渍清除干净;
优选地,所述坡口的角度控制在40-60°,所述对接接头的间
隙控制在1-2mm,坡口钝边高度0-2mm。
4.根据权利要求3所述的一种屈服强度1100MPa级低合金超
高强钢的焊接方法,其特征在于,所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:王昭东温长飞邓想涛王国栋刘丽华闫强军姜在伟
申请(专利权)人:东北大学南京钢铁股份有限公司
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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