适用于高强度超厚钢板的双丝气电立焊的焊接方法与流程

本发明属于高强度超厚钢板焊接技术领域。具体涉及一种适用于高强度超厚钢板的双丝气电立焊的焊接方法。

背景技术

随着钢材产业不断发展，在海洋船舶、桥梁等工程领域，厚度超过100mm的超厚钢板被广泛用于载荷大、冲击性能要求高的重型钢结构中。为了满足这类钢结构的设计和使用要求，就需要与此相匹配的超厚板焊接工艺。目前，在多丝埋弧焊、电渣焊、气电立焊等高效的大线能量焊接技术中，气电立焊的焊接效率高于其它焊接技术，成为高效焊接的首选技术，也为本领域技术人员所关注。

《适于20～45mm厚板的气电立焊工艺》(103934541a)的发明专利，公开了一种适用于板厚为20～50mm的气电立焊技术。《一种适合于50～80mm厚钢板的气电立焊方法》(104475920a)专利技术，公开了一种适用于板厚为50～80mm的气电立焊技术。此两种专利技术仅适用于单丝气电立焊，最大板厚限于80mm。如果在厚度超过100mm及以上的超厚钢板焊接中采用现有的焊接工艺，所形成的焊缝金属中粗大的柱状晶所占比例较大，会造成整个焊接接头、特别是焊缝金属的冲击韧性下降。即：现有的焊接工艺无法满足超厚钢板高效焊接的要求。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种效率高、可操作性强、适用于高强度和钢板厚度为120～160mm的双丝气电立焊的焊接方法；该焊接方法所形成的焊接接头的综合力学性能好和焊缝金属的冲击韧性优良。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将待焊接的高强度超厚钢板加工为非对称型双面v型坡口，上坡口角度为25～30°，上坡口厚度δ1为80～90mm，下坡口角度为25～30°，下坡口厚度δ2为40～70mm，根部间隙为5～5.95mm。加装铜质三角形水冷试块进行强制冷却，对双面坡口分别采用双丝气电立焊的焊接方法。

所述双丝的摆动距离分别是：焊接上坡口时前丝与焊缝上表面的距离a1为3.5～4.4mm，后丝与焊缝根部的距离b1为5.3～6.2mm，前丝与后丝间的距离d1为13～19.5mm；焊接下坡口时前丝与焊缝下表面的距离a2为3.5～4.4mm，后丝与焊缝根部的距离b2为5.3～6.2mm，前丝与后丝间的距离d2为13～19.5mm。

所述待焊接的高强度超厚钢板：厚度δ为120～160mm；屈服强度为355mpa；抗拉强度为530～550mpa；－20℃冲击韧性值为≥34j。

所述焊接的技术参数是：焊接电流为360～380a，电弧电压为36～40v，焊接速度为0.72～1.15mm/s，保护气体为100％的co2，气体流量为47～51l/min，单面坡口的焊接线能量为230～430kj/cm。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：

本发明采用双焊丝摆动方式，严格控制前丝与焊缝上表面的距离、前丝与焊缝下表面的距离、后丝与焊缝根部的距离，通过焊板表面及焊缝根部的铜滑块的强制冷却，使焊缝金属中的柱状晶所占比例显著减小，从而降低粗大柱状晶导致的对冲击韧性的不良影响，提高了焊缝金属的冲击韧性，焊接接头的综合力学性能好。

本发明适用于屈服强度为355mpa、抗拉强度为530～580mpa、厚度为120～160mm和－20℃冲击韧性值为≥34j的高强度超厚钢板的焊接，整个过程仅需两次焊接即可完成，工艺简单和可操作性强，极大地提高了焊接效率。

对本发明所形成的焊接接头进行力学性能测试，焊接接头的抗拉强度为530～550mpa，所形成的焊接接头具有与母材相当的抗拉强度；焊缝金属在－20℃的冲击韧性平均值为57～74j，具有良好的低温冲击韧性，满足该类强度结构件的使用性能要求。

因此，本发明具有焊接效率高、工艺简单和可操作性强的特点；用该方法所形成的焊接接头的综合力学性能好，尤其是焊缝金属的冲击韧性优良。

附图说明

图1为本发明的坡口型式、双焊线间距和焊丝摆动距离的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本其保护范围的限制。

本具体实施方式采用的焊丝为dw-s1lg，直径为1.6mm。实施例中不再赘述。

实施例1

一种适用于高强度超厚钢板的双丝气电立焊的焊接方法。将待焊接的高强度超厚钢板加工为如图1所示的双面非对称v型坡口：上坡口厚度δ1为80mm，上坡口角度为25°；下坡口厚度δ2为40mm，下坡口角度为25°；根部间隙为5mm。加装铜质三角形水冷试块进行强制冷却，对双面坡口分别采用双丝气电立焊的焊接方法。

所述双丝的摆动距离分别是，焊接上坡口时：前丝与焊缝上表面的距离a1为3.5mm，后丝与焊缝根部的距离b1为5.3mm，前丝与后丝间的距离d1为13mm；焊接下坡口时：前丝与焊缝下表面的距离a2为3.5mm，后丝与焊缝根部的距离b2为5.3mm，前丝与后丝的间距d2为13mm。

所述待焊接的高强度超厚钢板为d36：总厚度δ为120mm；屈服强度为355mpa；抗拉强度为530mpa；－20℃冲击韧性值为≥34j。

所述焊接的技术参数是，焊接上坡口时：焊接电流为370a，电弧电压为40v，焊接速度为0.98mm/s，保护气体为100％的co2，气体流量为50l/min，上坡口的焊接线能量为302kj/cm；焊接下坡口时：焊接电流为360a，电弧电压为37v，焊接速度为1.15mm/s，保护气体为100％的co2，气体流量为47l/min，下坡口的焊接线能量为230kj/cm。

对本实施例所形成的焊接接头进行力学性能测试，结果如下：焊接接头抗拉强度为530mpa，焊缝金属－20℃冲击韧性平均值为74j。测试结果表明：其焊接接头及焊缝金属性能完全满足d36、厚度为120mm的大型构件的使用性能要求。

实施例2

一种适用于高强度超厚钢板的双丝气电立焊的焊接方法。将待焊接的高强度超厚钢板加工为如图1所示的双面非对称v型坡口：上坡口厚度δ1为80mm，上坡口角度为30°；下坡口厚度δ2为50mm，下坡口角度为25°，根部间隙为5.5mm。加装铜质三角形水冷试块进行强制冷却，试板双面分别采用双丝气电立焊的焊接方法。

所述双丝的摆动距离分别是，焊接上坡口时：前丝与焊缝上表面的距离a1为4.0mm，后丝与焊缝根部的距离b1为5.8mm，前丝与后丝间的距离d1为16mm；焊接下坡口时：前丝与焊缝下表面的距离a2为4.0mm，后丝与焊缝根部的距离b2为5.8mm，前丝与后丝的间距d2为16mm。

所述待焊接的高强度超厚钢板为d36：总厚度δ为130mm；屈服强度为355mpa；抗拉强度为530mpa；－20℃冲击韧性值为≥34j。

所述焊接的技术参数是，焊接上坡口时：焊接电流为370a，电弧电压为40v，焊接速度为0.98mm/s，保护气体为100％的co2，气体流量为50l/min，上坡口的焊接线能量为302kj/cm；焊接下坡口时：焊接电流为360a，电弧电压为37v，焊接速度为1.05mm/s，保护气体为100％的co2，气体流量为48l/min，下坡口的焊接线能量为254kj/cm。

对本实施例所形成的焊接接头进行力学性能测试，结果如下：焊接接头抗拉强度为550mpa，焊缝金属－20℃冲击韧性平均值为65j。测试结果表明：其焊接接头及焊缝金属性能完全满足d36、厚度为130mm的大型构件的使用性能要求。

实施例3

一种适用于高强度超厚钢板的双丝气电立焊的焊接方法。将待焊接的高强度超厚钢板加工为如图1所示的双面非对称v型坡口：上坡口厚度δ1为90mm，上坡口角度为30°；下坡口厚度δ2为70mm，下坡口角度为30°，根部间隙为5.95mm。加装铜质三角形水冷试块进行强制冷却，对双面坡口分别采用双丝气电立焊的焊接方法。

所述双丝的摆动距离分别是，焊接上坡口时：前丝与焊缝上表面的距离a1为4.4mm，后丝与焊缝根部的距离b1为6.2mm，前丝与后丝间的距离d1为19.5mm；焊接下坡口时前丝与焊缝下表面的距离a2为4.4mm，后丝与焊缝根部的距离b2为6.2mm，前丝与后丝的间距d2为19.5mm。

所述待焊接的高强度超厚钢板为d36：双面总厚度δ为160mm；屈服强度为355mpa；抗拉强度为530mpa；－20℃冲击韧性值为≥34j。

所述焊接的技术参数是：焊接上坡口时：焊接电流为380a，电弧电压为38v，焊接速度为0.72mm/s，保护气体为100％的co2，气体流量为51l/min，焊接线能量为430kj/cm；焊接下坡口时：焊接电流为360a，电弧电压为36v，焊接速度为0.96mm/s，保护气体为100％co2，气体流量为49l/min，焊接线能量为278kj/cm。

对本实施例所形成的焊接接头进行力学性能测试，结果如下：焊接接头抗拉强度为540mpa，焊缝金属－20℃冲击韧性平均值为57j。测试结果表明：其焊接接头及焊缝金属性能完全满足d36、厚度为160mm的大型构件的使用性能要求。

本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果：

本具体实施方式采用双焊丝摆动方式，严格控制前丝与焊缝上表面的距离、前丝与焊缝下表面的距离、后丝与焊缝根部的距离，通过焊板表面及焊缝根部的铜滑块的强制冷却，使焊缝金属中的柱状晶所占比例显著减小，从而降低粗大柱状晶导致的对冲击韧性的不良影响，提高了焊缝金属的冲击韧性，焊接接头的综合力学性能好。

本具体实施方式适用于屈服强度为355mpa、抗拉强度为530～580mpa、厚度为120～160mm和－20℃冲击韧性值为≥34j的高强度超厚钢板的焊接，整个过程仅需两道焊接即可完成，工艺简单和可操作性强，极大地提高了焊接效率。

对本具体实施方式所形成的焊接接头进行力学性能测试，焊接接头的抗拉强度为530～550mpa，所形成的焊接接头具有与母材相当的抗拉强度；焊缝金属在－20℃℃的冲击韧性平均值为57～74j，具有良好的低温冲击韧性，满足该类强度结构件的使用性能要求。

因此，本具体实施方式具有焊接效率高、工艺简单和可操作性强的特点；用该方法所形成的焊接接头的综合力学性能好，尤其是焊缝金属的冲击韧性优良。