一种Q420高强度钢厚板不预热双丝埋弧焊焊接工艺的制作方法

本发明涉及高强度钢焊接工艺，适用于建筑、隧道钢结构焊接等领域，具体涉及一种q420高强度钢厚板不预热双丝埋弧焊焊接工艺。

背景技术：

q420高强度钢是一种屈服强度级别大于等于420mpa的低合金高强度结构钢，已经被应用于桥梁建筑的钢箱梁结构、桁架结构，隧道建筑的钢壳结构等。

在q420高强度钢的拼板焊接中，一般采用半自动二氧化碳气体保护焊、单丝埋弧焊的焊接方式，然而这些焊接方式焊接热输入较低，而且单道焊缝焊接填充量有限，对于40mm的q420高强度钢厚板而言通常需要进行多层多道焊，道间还要进行严格的清渣工作，以避免焊缝内部出现夹渣，严重阻碍了焊接效率的提高。而且q420高强度钢厚板在焊接过程中，由于拘束度较大，q420高强度钢厚板散热较快且冷却速度大，容易在焊接接头中形成冷裂纹，因此通常需要进行焊前预热的工艺措施，而该进行焊前预热的工艺过程需要消耗大量工时及成本。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种q420高强度钢厚板不预热双丝埋弧焊焊接工艺，能够在保证焊接质量的情况下，无需预热及焊后热处理，减少焊道数目，提高焊接效率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种q420高强度钢厚板不预热双丝埋弧焊焊接工艺，包括以下步骤：

步骤1，在焊接板材为q420高强度钢厚板的焊接处加工x型焊接坡口，其中x型焊接坡口的相应参数分别为：正面坡口的角度为55°～65°，背面坡口的角度为65°～75°，背面坡口的深度为板厚的1/3，钝边为9～11mm，根部间隙为0-1mm；加工好后，对x型焊接坡口面的氧化层及x型焊接坡口周围20-30mm范围内的杂质进行清理；

步骤2，通过半自动式co2气体保护焊在x型焊接坡口处进行定位焊缝的焊接，其中：定位焊缝的厚度为4-5mm，定位焊缝的长度为50-60mm，焊缝间距为400-500mm；

步骤3，在x型焊接坡口的两端分别安装引弧板和熄弧板，其中引弧板和熄弧板的材质、厚度、坡口参数与焊接板材的相同；

步骤4，将前焊丝、后焊丝对中焊接坡口中心，调节焊枪角度和距离，使前丝电极前倾0°，前丝导电嘴到工件距离35mm；后丝电极后倾17°-23°，后丝导电嘴到工件距离40mm；前丝电极与后丝电极间距30-35mm；

步骤5，先焊接正面焊缝，正面坡口焊接完成后，再对背面焊缝进行填充；其中，焊接参数为：

正面打底焊道焊接时，前丝焊接电流为650-670a，前丝焊接电压为32-34v，前丝焊接速度为65-70cm/min；后丝焊接电流为600-620a，后丝焊接电压为36-38v，后丝焊接速度为65-70cm/min；

正面填充及盖面焊道焊接时，前丝焊接电流为670-680a，前丝焊接电压为31-33v，前丝焊接速度为65-70cm/min；后丝焊接电流为560-580a，后丝焊接电压为37-39v，后丝焊接速度为65-70cm/min；

背面打底焊道焊接时，前丝焊接电流为950-970a，前丝焊接电压为32-34v，前丝焊接速度为62-68cm/min；后丝焊接电流为620-640a，后丝焊接电压为36-38v，后丝焊接速度为62-68cm/min；

背面填充焊道焊接时，前丝焊接电流为650-670a，前丝焊接电压为32-34v，前丝焊接速度为70-75cm/min；后丝焊接电流为560-580a，后丝焊接电压为36-38v，后丝焊接速度为70-75cm/min；

背面盖面焊接时，前丝焊接电流为640-660a，前丝焊接电压为31-33v，前丝焊接速度为65-70cm/min；后丝焊接电流为550-570a，后丝焊接电压为34-36v，后丝焊接速度为65-70cm/min；

步骤6，焊接结束待焊缝冷却后，切除焊缝两端引弧板、熄弧板。

进一步，步骤4中，后丝电极后倾20°；前丝电极与后丝电极间距35mm；焊丝伸出导电嘴长度为35-45mm。

进一步，步骤5中，进行焊接时，所采用的焊丝符合gb/t12470中h08mnmoa型号的规定要求。

进一步，步骤5中，采用双电源、双电极进行焊接，其中前丝采用直流电源焊接，后丝采用交流电源焊接。

进一步，步骤5中，对背面焊缝进行焊接前，先采用碳弧气刨配合机械打磨的方式对坡口根部进行清理，将根部未焊透、未熔合、熔渣缺陷清除。

进一步，焊接过程中道间温度100-230℃，且在焊接时各焊道接头需错开50mm

进一步，步骤2及步骤3中，进行焊接时，所采用的药芯焊丝型号为gb/t17493-2008e551t1-xcx。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过焊接节点的设计，严格进行钢材装配和定位焊、调节合适的焊枪角度和间距、选择合适的焊接材料并搭配合适的焊接工艺参数进行完成q420高强钢的焊接，能够在保证焊接质量的情况下，无需预热及焊后热处理，减少焊道数目，提高焊接效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为q420高强度钢厚板的焊接坡口的结构示意图；

图2为q420高强度钢厚板焊接前清理区域的结构示意图；

图3为q420高强度钢厚板进行装配及定位焊的结构示意图；

图4为q420焊接电极的配置图；

图5为焊道布置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施方式公开了一种q420高强度钢厚板不预热双丝埋弧焊焊接工艺，主要应用于厚度为38-40mm的q420高强度钢厚板，具体包括以下步骤：

步骤1，在焊接板材为q420高强度钢厚板的焊接处加工x型焊接坡口，具体参见图1，其中x型焊接坡口的相应参数分别为：正面坡口的角度为55°～65°，背面坡口的角度为65°～75°，背面坡口的深度为板厚的1/3，钝边为9～11mm，根部间隙为0-1mm；加工好后，对x型焊接坡口面的氧化层及x型焊接坡口周围20-30mm范围内的杂质进行清理，具体参见图2；

其中，x型焊接坡口周围20-30mm范围内的杂质，包括铁锈、水分、油污或其他杂质等，其中，氧化层、铁锈的杂质可以采用机械打磨方式清理，水分、油污的杂质可以采用火焰烘烤去除，以避免杂质进入焊缝区域会降低焊缝金属的抗裂性，其中，水分、油污的杂质可采用火焰烘烤去除，氧化层、铁锈的杂质采用机械打磨方式清理。

其中，正面坡口的角度设置利于保证焊接过程中熔渣的析出，易于敲渣成型良好，背部由于采用碳弧气刨，坡口深度增加，为避免碳刨后坡口过小采用大坡口角度，保证根部焊道成型。本发明为双丝埋弧焊，焊接熔深较大，为保证不焊穿钢板，因此采用钝边为9～11mm，根部间隙为0-1mm，同时，坡口设计可以有效减少坡口截面积，减少焊道数目，提升焊接工效。

步骤2，如图3所示，通过半自动式co2气体保护焊在x型焊接坡口处进行定位焊缝的焊接，其中：定位焊缝的厚度为4-5mm，定位焊缝的长度为50-60mm，焊缝间距为400-500mm，厚度约为母材1/3厚度；定位焊完成后，清理定位焊缝的表面焊渣，并检查定位焊缝表面，以保证其表面无焊接缺陷；

具体的，进行焊接时，根据钢材的强度级别选用强度匹配的焊丝，因此本步骤中所采用的焊丝符合gb/t12470中h08mnmoa型号的规定要求。

具体的，步骤2中，所采用的焊丝为现代sc-81k2h的药芯焊丝，直径规格为1.2mm。当然，本发明所采用的焊接材料并不限于现代sc-81k2h的药芯焊丝。

具体的，步骤2中，定位焊缝长为50-60mm且焊缝间距为400-500mm，厚度约为母材1/3厚度。当定位焊厚度小于板厚1/3时，定位焊点难以提供足够拘束应力，在焊接过程中，容易出现应力作用下，定位焊点断裂失效；同时，当定位焊厚度远大于1/3时，对于后续焊接不利，需要花大量工时进行打磨。针对于38-40mm厚的q420高强度钢厚板，当定焊缝长度小于30mm时，由于焊接距离过短，焊缝质量难以保证；当焊缝长度过长时，定位焊焊接作业量增大，不利于高效焊接；为保证焊缝有足够的定位焊点可以提供足够的拘束力，焊缝间距不能太大，同时为避免过多定位焊点延迟后续埋弧焊接难度。

步骤3，在x型焊接坡口的两端分别安装引弧板和熄弧板，其中引弧板和熄弧板的材质、厚度、坡口参数与焊接板材的相同；

具体的，进行焊接时，所采用的药芯焊丝型号为gb/t17493-2008e551t1-xcx。

本发明实施方式中，引弧板、熄弧板也均为q420高强度钢厚板，其厚度、坡口尺寸均与本发明实施方式中的焊接板材相同，能够有效保证正式焊缝焊接过程的稳定性，避免在正式焊缝始端和终端形成焊接缺陷。

步骤4，将前焊丝、后焊丝对中焊接坡口中心，调节焊枪角度和距离，具体参见图4，使前丝电极前倾0°，前丝导电嘴到工件距离35mm；后丝电极后倾17°-23°，后丝导电嘴到工件距离40mm；前丝电极与后丝电极间距30-35mm；

其中，为保证最大熔深，前丝电极垂直于工件，同时，经试验发现，后丝后倾20°时，焊缝成型良好；导电嘴与工件距离过长，焊丝易偏离焊缝中心线，导电嘴与工件距离过短，焊接过程中易被烧损。前丝电极与后丝电极共享一个焊接熔池，当距离小于20mm，两个电极会共同搅动熔池，恶化焊接接头，当距离大于50mm，前丝后丝双熔池，焊缝金属凝固后又进行二次焊接，接头性能和成型都变差。采用以上焊接参数可以有效保证焊接质量。

具体的，步骤4中，当后丝电极后倾20°，前丝电极与后丝电极间距35mm，焊丝伸出长度35-45mm时，焊接效果较佳。

步骤5，先焊接正面焊缝，正面坡口焊接完成后，再对背面焊缝进行填充；其中，对背面焊缝进行焊接前，先采用碳弧气刨配合机械打磨的方式对坡口根部进行清理，将根部未焊透、未熔合、熔渣缺陷清除。

进行焊接时，焊接参数如下表所示：

从上表可以看出：

正面打底焊道焊接时，前丝焊接电流为650-670a，前丝焊接电压为32-34v，前丝焊接速度为65-70cm/min；后丝焊接电流为600-620a，后丝焊接电压为36-38v，后丝焊接速度为65-70cm/min；

正面填充及盖面焊道焊接时，前丝焊接电流为670-680a，前丝焊接电压为31-33v，前丝焊接速度为65-70cm/min；后丝焊接电流为560-580a，后丝焊接电压为37-39v，后丝焊接速度为65-70cm/min；

背面打底焊道焊接时，前丝焊接电流为950-970a，前丝焊接电压为32-34v，前丝焊接速度为62-68cm/min；后丝焊接电流为620-640a，后丝焊接电压为36-38v，后丝焊接速度为62-68cm/min；

背面填充焊道焊接时，前丝焊接电流为650-670a，前丝焊接电压为32-34v，前丝焊接速度为70-75cm/min；后丝焊接电流为560-580a，后丝焊接电压为36-38v，后丝焊接速度为70-75cm/min；

背面盖面焊接时，前丝焊接电流为640-660a，前丝焊接电压为31-33v，前丝焊接速度为65-70cm/min；后丝焊接电流为550-570a，后丝焊接电压为34-36v，后丝焊接速度为65-70cm/min。

本发明实施方式中，具体的，采用林肯premierweldni1k作为焊丝、premierweldbf-40h作为焊剂进行焊接。并且在焊接之前，需要将焊剂放置于350℃环境下烘焙1h，以保证焊剂的干燥。

在进行背面焊缝的填充时，焊道顺序如图5所示。

本发明实施方式中，采用双电源、双电极进行焊接，其中前丝采用直流电源焊接，后丝采用交流电源焊接，直流电源熔深大，可以有效焊透工件，后丝交流保证焊缝成型。

步骤6，焊接结束待焊缝冷却后，切除焊缝两端引弧板、熄弧板。

在焊接过程中，道间温度保持在100℃-230℃之间，每道焊缝焊接结束后进行清渣，以保证焊接质量，且在焊接时各焊道接头需错开50mm，避免接头处缺陷叠加、应力集中、焊道过高。道间温度若高于230℃，焊接接头受热严重，会直接影响其力学性能，造成强度降低、韧性降低；而道间温度在100℃-230℃之间，属于试验记录的温度区间，数据较为准确。

试验检测

焊接完成24h后，对本发明实施方式焊接后的焊接接头进行磁粉检测，结果为：焊缝表面无缺陷，满足gb/t26952-2011的2x要求；对焊接接头进行超声波检测，结果为：焊缝内部无缺陷，满足gb/t29712-2013的2级要求。

对本发明实施方式的焊接接头进行力学性能检测，其焊接接头抗拉强度检测结果、焊接接头弯曲试验检测结果、焊接接头冲击韧性检测结果分别如下表所示：

进行无损检测和力学性能测试试验，结果为：对焊接接头进行磁粉检测，焊缝表面无缺陷，满足gb/t26952-2011的2x要求；对焊接接头进行超声波检测，焊缝内部无缺陷，满足gb/t29712-2013的2级要求。其中，焊接接头抗拉强度检测结果、焊接接头弯曲试验检测结果、焊接接头冲击韧性检测结果分别如下所示：

焊接接头拉抗拉强度检测结果

焊接接头弯曲试验检测结果

焊接接头冲击韧性检测结果

其中，上述表格中，wm表示焊缝中心位置，fl表示熔合线位置，fl+2表示距离熔合线2mm的热影响区位置，fl+5表示距离熔合线5mm的热影响区位置；面部为距离试样表面2mm处。

从以上表格可以看出，q420高强度钢厚板不预热双丝埋弧焊后的焊接接头力学性能满足gb/t19869.1-2005《钢、镍及镍合金的焊接工艺评定试验》规范要求，焊接工艺评定获得监理工程师认可。

综上所述，本发明通过焊接节点的设计，严格进行钢材装配和定位焊、调节合适的焊枪角度和间距、选择合适的焊接材料并搭配合适的焊接工艺参数进行完成q420高强钢的焊接，能够在保证焊接质量的情况下，无需预热及焊后热处理，减少焊道数目，提高焊接效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。