专利名称：一种钢材的焊接工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢材焊接技术，尤其是一种ASTM A572 GR65钢的焊接工艺。
技术背景随着电力工业的迅速发展，高强度钢材正酝酿着大规模的推广应 用，传统的结构用钢材如Q235、 Q345已经不能胜任某些重要的工 程或部位。相关设计研究机构都非常重视高强钢的应用，但是由于其 制作和焊接的难度，使得各大设计院都不敢轻言使用。由于高强钢的 综合优点和经济价值决定着它有广阔的前景，因此本工程的使用是设 计院试验性的开发应用。ASMTA572 GR.65钢系美国钢铁协会标准的钢种，对应于中国的 低合金高强度钢Q450。它的屈服点as为450Mpa，抗拉强度ob为550 720Mpa。ASMT A572 GR65钢(参照Q450)是在碳钢基础上，为改善钢 的性能，在冶炼时加入一些合金元素Mn、 Si、 Ni、 Ti、 V、 N b等， Mn、 Si提高了钢的强度，Ti、 V、 Nb细化了晶粒，增加了钢的韧性。 加入稀土元素在于脱S和净化钢的有害杂质，改善钢的性能。该钢材硬度较高，焊接及热镀锌后极有可能产生裂纹；由于合金 成分较高从而导致碳当量较高，接头性能的明显劣化是焊接这类钢的 主要困难；有较高的淬硬倾向，热镀锌温度大于45(TC，在450。C以上 温度快速冷却极有可能产生淬火裂缝和淬硬组织。这些都是我们加工ASMTA572 GR.65钢所面临解决的问题。ASMT A572 GR.65钢热影响区容易产生低塑性淬硬组织，并且淬 硬倾向随着材料厚度的增大而增大，容易产生冷裂纹。采用较大的焊 接线能量可减少淬硬倾向，但由于这种钢材的淬硬倾向较大，仅通过 加大线能量往往难以避免马氏体的形成，反而增大了奥氏体的过热和 降低了奥氏体的稳定性，促使粗大马氏体的形成，使热影响区的脆化 更为严重。 发明内容为了克服已有ASMTA572GR65钢焊接工艺的容易产生低塑性淬 硬组织、增大奥氏体的过热区和降低奥氏体的稳定性的不足，本发明 提供一种防止焊接钢管产生低塑性淬硬组织、预防奥氏体的过热和增 强奧氏体的稳定性和降低焊接应力减少焊接变形的ASTM A572 GR65 钢的焊接工艺。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，在5 。C以上的操作环境 下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用氩气/ 二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作(1) 、焊接工艺参数的确定采用小的线能量和多层多道焊，设定气 体流量和焊接速度；(2) 、焊前准备① .制备坡口，并对坡口及其内外壁两侧30mm范围进行清理，直至 露出金属光泽；② .将两块需焊接母材料进行对口装配，并确认被焊接部位及其边缘 30mm范围内无缺陷；③ .对口点固焊点固焊的焊接材料与正式施焊时相同；焊接工艺与 氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焯接时相同；④ .导电嘴到工件距离的调整焊丝伸出长度控制在15 20mm;(3) 、装配定位焊要求定位焊的焊接选用材料应是焊接同类型的材料，装配定位焊缝长度一般不小于50mm，定位焊的焊缝应均匀对称 分布，定位焊接的电流应大于正常焊接时的电流；(4) 、氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接氩气/二氧化碳混合 气体保护焊打底时焊接参数如下焊丝选用01.2mm牌号为ER50-6，混合气体比例为Ar:C02 = 85%:15%，气体流量为23 25L/min，氩气纯度在99.95 %以上；当气温低于-5。C时，对待焊区进行预热，预热温度为100 120°C， 预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；焊接电弧电压为18 20V，焊接电流为120 140A，焊接速度为 160 18 8mm/min;氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底的每层焊层厚度控制在2.8 3.6mm范围内；(5) 、氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接盖面焊道的焊 接参数如下焊丝选用(D1.2mm牌号为ER50-6,焊道数为1道，混合气体比 例为Ar:C02 = 85%:15%，气体流量为23 25L/min，氩气纯度在 99.95%以上；焊接电弧电压为27 29V，焊接电流为230 240A，焊接速度为 290 304mm/min;填充金属厚度为4.0 5.0mm。进一步，所述步骤(4)和(5)中，焊接电源选择为松下MBC-500。 再进一步，在所述步骤(4)中，采用手提半自动气保焊枪打底焊接一层。更进一步，在所述步骤(5)中，采用摆动焊的焊接方法，焊枪摆 动的幅度小于等于10mm。在所述步骤(2)中，制备坡口时，直至30mm范围露出金属光泽。本发明的技术构思为ASMT A572 GR65新钢种的使用将成为 必然趋势，应用新钢种将大大减少钢材用量，与常规的Q235、 Q290、 Q345等钢材相比节省二分之一 三分之一的钢材用量。使结构的稳定 性增加，由于上部结构整体重量减少，使基础设施投入也相应减少。防止热影响区脆化的工艺措施主要是采用小的焊接线能量，减少 高温停留时间，避免钢材高温奥氏体的过热区过大，造成奥氏体成分 的不均匀性，从而降低奥氏体的组织稳定性；并采用多层多道焊，焊 接层数随着焊缝高度及板材厚度的变化而变化。气体流量对焊接质量也有很大的影响，流量过大，会产生不规则 紊流，保护效果反而差。同时应合理地控制堆焊速度，速度过快会引 起气孔等缺陷，过慢则效率低，输入焊缝的热量过多，敷层金属晶粒 粗大，成型差。本发明的有益效果主要表现在防止焊接钢管产生低塑性淬硬组 织、预防奥氏体的过热和增强奥氏体的稳定性和降低焊接应力减少焊 接变形的。
图1是直缝钢管对接焊缝氩气/二氧化碳混合气体保护焊坡口尺寸 示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图l， 一种ASTMA572GR,65钢的焊接工艺，在5"C以上的 操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采 用氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行 操作本发明在工艺上进行了严密、详细的设计，为ASTM A572 GR.65 钢的焊接提供了规范性的工艺操作守则。 (1 ).焊接工艺参数的确定ASMT A572 GR.65钢热影响区容易产生低塑性淬硬组织，并且淬 硬倾向随着材料厚度的增大而增大，容易产生冷裂纹。采用较大焊接 线能量可减少淬硬倾向，但由于这种钢材的淬硬倾向较大，仅通过加 大线能量往往难以避免马氏体的形成，反而增大了奥氏体的过热区的 扩大和降低了奥氏体组织的稳定性，促使粗大马氏体的形成，使热影响区的脆化更为严重。因此防止热影响区脆化的工艺措施主要是采用 小的线能量，减少高温停留时间，避免钢材奥氏体的过热，减少奥氏 体成分的不均匀性，从而提高钢材奥氏体组织的稳定性，并采用多层 多道焊，焊接层数随着焊缝高度及板材厚度的变化而变化。气体流量对焊接质量也有很大的影响，流量过大，会产生不规则 紊流，保护效果反而差。同时应合理地控制焊接速度，速度过快会引 起气孔等缺陷，过慢则效率低，输入焊缝的热量过多，敷层金属晶粒粗大，成型差。(2) .焊前准备① .制备坡口，并对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至30mm范围 露出金属光泽；② .将两块需焊接母材料进行对口装配，并确认被焊接部位及其边缘 30mm范围内无缺陷；对口点固焊点固焊的焊接材料、焊接工艺与氩气/二氧化碳混合 气体保护焊打底焊接时相同；④.导电嘴到工件距离的调整焊丝伸出长度控制在15 20mm。若 焊丝伸出太长，造成气体保护效果差，飞溅严重，且空气吹动影响焊 接电弧，造成气孔增多；反之，若焊丝伸出太短，容易造成电弧烧坏 导电嘴或飞溅物堵塞喷嘴现象。(3) .装配定位焊要求为防止定位焊焊缝开裂，定位焊的焊接选用材料应是焊接同类型 的材料。装配定位焊缝长度一般不小于50mm，定位焊的顺序，以防 止较大的拘束为原则，允许工件有适当的变形，其焯缝应均匀对称分 布，定位焊接的电流应稍大于正常焊接时的电流。 .(4) .氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接 采用手提半自动气保焊枪打底焊接一层，氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底时焊接参数如下焊丝选用01.2mm牌号为ER50-6，混合 气体比例为Ar:C02=85%:15%，气体流量为23 25L/min，氩气纯度 在99.95%以上；当气温低于-5'C时，对待焊区进行预热，预热温度为100 120°C， 预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；焊接电弧电压为1 8 20V，焊接电流为120 140A，焊接速度为 160 188mm/min;焊接电源选择为松下MBC-500。氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底的每层焊层厚度控制在2.8 3.6mm范围内；(5 ).富氩/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接采用摆动焊的焊接方法，焊枪摆动的幅度小于等于10mm。盖面焊道的焊接参数如下焊丝选用(D1.2mm牌号为ER50-6，焊道数为1道，混合气体比例 为Ar:C02 = 85%:15%，气体流量为23 25L/min，氩气纯度在99.95% 以上；焊接电弧电压为27 29V，焊接电流为230 240A，焊接速度为 290 304mm/min;焊接电源选择为松下MBC-500。 填充金属厚度为4.0 5.0mm;本实施例以直缝钢管对接焊缝氩气/二氧化碳混合气体保护焊为 例，尺寸详见下图1。本实施例ASMT A572 GR-65新钢种已用于220kV江东变电所构 架梁、柱，现已顺利建成投产，用户反应良好。由于该钢材重量轻、稳定性好、强度高等优点，目前正被用于舟 山跨海与大陆联网工程总高370米钢管高塔塔头部位的制作，该塔建 成后将成为电力行业世界第一高塔。
权利要求
1、一种ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用富氩/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作(1)、焊接工艺参数的确定采用小的线能量和多层多道焊，设定气体流量和焊接速度；(2)、焊前准备①.制备坡口，并对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽；②.将两块需焊接母材料进行对口装配，并确认被焊接部位及其边缘30mm范围内无缺陷；③.对口点固焊点固焊的焊接材料、焊接工艺与氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接时相同；④.导电嘴到工件距离的调整焊丝伸出长度控制在15～20mm；(3)、装配定位焊要求定位焊的焊接选用材料应与焊接同类型的材料相同；装配定位焊缝长度一般不小于50mm，定位焊的焊缝应均匀对称分布，定位焊接的电流应略大于正常焊接时的电流；(4)、氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底时焊接参数如下焊丝选用Φ1.2mm牌号为ER50-6，混合气体比例为Ar∶CO2＝85％∶15％，气体流量为23～25L/min，氩气纯度在99.95％以上；当气温低于-5℃时，对待焊区进行预热，预热温度为100～120℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；焊接电弧电压为18～20V，焊接电流为120～140A，焊接速度为160～188mm/min；氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底的每层焊层厚度控制在2.8～3.6mm范围内；(5)、氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接盖面焊道的焊接参数如下焊丝选用Φ1.2mm牌号为ER50-6，焊道数为1道，混合气体比例为Ar∶CO2＝85％∶15％，气体流量为23～25L/min，氩气的纯度在99.95％以上；焊接电弧电压为27～29V，焊接电流为230～240A，焊接速度为290～304mm/min；填充金属厚度为4.0～5.0mm。
2、 如权利要求1所述的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，其特征在 于所述步骤(4)和(5)中，焊接电源选择为松下MBC-500。
3、 如权利要求2所述的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，其特征在 于在所述步骤(4)中，采用手提半自动气保焊枪打底焊接一层。
4、 如权利要求2所述的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，其特征在 于在所述步骤(5)中，采用摆动焊的焊接方法，焊枪摆动的幅度小 于等于10mm。
5、 如权利要求1—4之一所述的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，其 特征在于在所述步骤(2)中，制备坡口时，直至30mm范围露出 金属光泽。
全文摘要
一种ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作(1)焊接工艺参数的确定；(2)焊前准备制备坡口、对口装配；(3)装配定位焊要求；(4)氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接；(5)氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接。本发明提供一种防止焊接钢管产生低塑性淬硬组织、预防奥氏体转变时的过热、增强奥氏体的稳定性和降低焊接应力减少焊接变形的ASTMA572 GR65钢的焊接工艺。
文档编号B23K9/095GK101259562SQ20081006125
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者包镇回, 张再新, 张国勋, 戴刚平, 王淑红 申请人:浙江盛达铁塔有限公司;浙江欣达电力钢管有限公司;浙江盛达江东铁塔有限公司