一种熔合线位置冲击韧性良好的大热输入焊接接头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种焊接结构体、特别是单道次焊接板厚超过40mm的钢板而构成的大 热输入焊接接头;通过各区域强度匹配设计改善了接头性能，尤其是热影响区中烙合线区 域冲击初性。
【背景技术】
[0002] 随着海工、船舶等结构工程的大型化，采用高效焊接方法来提高大厚度钢板的施 工效率是十分必要的，如FCB法多丝埋弧焊、单丝/双丝气电立焊、单丝/双丝电渣焊等大热 输入焊接技术被广泛应用。运些高效焊接技术有助于大幅减少焊道数量，实现厚板的单道 次焊接成形。焊接热输入也随着板厚的增加而增大，特别是电渣焊的热输入可达400-lOOOkJ/cm，可单道次焊接板厚40-100mm的钢板。
[0003] 但对于抗拉强度级别SOOMPaW下的低合金钢而言，热影响区经过大热输入焊接时 的热循环后，粗晶热影响区，特别是烙合线附近的粗晶热影响区晶粒严重粗化，并出现脆性 组织，造成了该区域的初性恶化。
[0004] 为了解决运一难题，研究者利用高烙点夹杂物粒子在粗晶热影响区对奥氏体晶界 的钉扎效果抑制奥氏体晶粒粗大，并促进晶内强初性良好的针状铁素体形核，开发出粗晶 热影响区初性优异的钢板（例如，JP2005036295、JP2008308736、JP2013136813、 〔化031142414、〔化044118494、〔化044043694等）。尽管运些专利技术通过粗晶热影响区组 织控制技术能一定程度改善烙合线区域的低溫初性，但均未考虑粗晶热影响区与焊缝之间 的强度差异造成烙合线位置的应力集中，也会造成烙合线位置低溫初性波动。
[0005] 专利申请CN13732776A综合考虑了焊接接头热影响区强度和初性的匹配关系，但 公布的技术仅适用于厚度含4mm的薄板，焊接热输入量较小;专利申请CN100537108C提出焊 接接头强度匹配改善接头抗脆性断裂性能的技术属于大热输入范畴，但其规定焊缝宽度为 板厚的70%及其W下，且未考虑对接头低溫初性的影响。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头，该接 头由板厚含40mm的钢板经大热输入焊接单道次对接而成，通过控制焊缝、热影响区和母材 Ξ者之间的强度匹配关系，改善焊接接头的低溫初性，尤其是焊接烙合线位置的低溫初性。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[000引本申请实施例公开了一种烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头，该接头 由钢板经大热输入焊接单道次对接而成，焊接接头满足条件：
[0009] 1)、焊缝的抗拉强度是母材抗拉强度的80%-110%，且粗晶热影响区的抗拉强度 是焊缝抗拉强度的90%-110% ;
[0010] 2)、粗晶热影响区宽度是母材厚度的20%及其W下，焊缝宽度是母材厚度的120% 及其W下；
[001。 3)、粗晶热影响区的原奥氏体晶粒直径在300皿W下，晶内针状铁素体含量在50% 社。
[0012] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，所述条件2) 中，焊缝宽度是母材厚度的0.8~1.2倍。
[0013] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，所述条件2) 中，粗晶热影响区宽度是母材厚度的0.06~0.17倍。
[0014] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，所述条件3) 中，粗晶热影响区的原奥氏体晶粒直径在268~296mm。
[0015] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，所述条件3) 中，晶内针状铁素体含量在52 %~63 %。
[0016] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，所述条件1) 中，粗晶热影响区的抗拉强度是焊缝抗拉强度，0.93~1.05倍。
[0017] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，所述条件1) 中，焊缝的抗拉强度是母材抗拉强度的0.83~1.05倍。
[0018] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，所述母材钢 种为AH40或邸36。
[0019] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，所述钢板的 厚度大于40mm。
[0020] 优选的，在上述的烙合线位置冲击初性良好的大热输入焊接接头中，焊接接头满 足条件：
[0021] 1)、钢种为邸36;
[0022] 2)、板厚 40mm;
[0023] 3)、焊接方法:电渣焊；
[0024] 4)、热输入：485kJ/cm;
[0025] 5)、焊缝的抗拉强度是母材抗拉强度的0.89,且粗晶热影响区的抗拉强度是焊缝 抗拉强度的0.99;
[0026] 6)、粗晶热影响区宽度是母材厚度的0.17,焊缝宽度是母材厚度的1.2;
[0027] 7)、粗晶热影响区的原奥氏体晶粒直径为26祉m，晶内针状铁素体含量为63%。
[0028] 与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明可W形成板厚大于40mm的高强度钢 板大热输入单道次焊接接头，特别是烙合线位置具有足够高的低溫初性。具有本发明特征 的焊接接头在烙合线位置的-20°C低溫冲击值大于90J。
【附图说明】
[0029] 为了更清楚地说明本申请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 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可W根据运些附图获得其他的附图。
[0030] 图1所示为本发明具体实施例3中电渣焊接EH36钢板接头及烙合线附近粗晶热影 响区的典型组织照片。
【具体实施方式】
[0031] 工程实践中，尽管采用如CN104404369A等技术方案中的大热输入钢板，焊接接头 的低溫初性，尤其是烙合线位置的冲击初性还是存在波动大、不稳定现象。可见，仅仅通过 控制母材组织或强度并不能确保焊接接头所有位置的低溫初性。
[0032] 发明人对多个不同厚度规格、不同热输入量条件下的焊接接头进行综合分析，详 细调查焊缝区、粗晶热影响区和母材的微观组织、强度、低溫冲击初性等指标。试验结果显 示:烙合线位置的低溫初性与其相邻区域的强度差值有关，差值较大时烙合线位置的冲击 初性较差。
[0033] 考虑到目前工程焊接结构设计中，因焊缝区的缺陷比例（如夹杂物、微细裂纹等） 远远高于母材钢板，为了确保焊接接头的强度，常采用高强匹配原则（即选定焊缝金属时与 母材强度相比形成高强匹配）。而采用低C低合金的TMCP钢板经大热输入焊接后，粗晶热影 响区强度与高强设计的焊缝相差较大，因此造成烙合线附近的局部应力过大，从而造成初 性的恶化。
[0034] 因此，通过焊接粗晶热影响区与焊缝的强度匹配设计，降低大热输入焊接接头烙 合线处的局部应力对该区域的初性改善是至关重要的。对于大热输入焊接接头来说，局部 应力主要来源于由焊接过程中不均匀溫度场W及由它引起的局部塑形变形，因此限制烙合 线附近粗晶热影响区和焊缝宽度与母材厚度的比例，有助于抑制该区域产生塑形变形而降 低局部应力，从而改善烙合线处的低溫初性。