专利名称：一种高强度钢材气保护焊接工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种钢材的焊接方法，具体地说是一种高强度钢材气
保护焊接工艺方法，它适用于焊接抗拉强度Rm》690MPa级别低合金
高强度海洋工程结构用钢材。
背景技术：
随着我国冶金工业和科学技术迅猛发展，新钢种、新材料的性能 也不断提高。特别是现代控轧控冷技术的发展与应用以及微合金化促 使低合金钢的强度及韧性获得大幅度提高。尤其是现代工程设计与海
洋工程机械制造日益向大型化、高参数、重量轻方向发展。如大跨 度桥梁结构制造，高参数压力容器及大型工程机械制造等。除了要求 钢材具优良性能指标外，同时还要求与之相匹配的焊接材料具有优良 的接头性能和焊接工艺性能。如何获得高强度高韧性的焊接接头是焊 接材料与焊接工艺研究的重要课题之一。
我国开发研制的高强度海洋工程结构用钢WNQ690是采用多元 微合金化成分设计，解决了传统高强度结构钢在提高强度的同时低温 韧性下降、焊接性能恶化等问题。集高强度、高韧性、优异的焊接性 能、耐海洋性气候于一体，适用于制作沿海及海洋环境下的新一代高 强度工程结构钢，填补了国内此类装备制造用钢的空白。随着现代社 会的发展，大型海洋工程大量需要抗拉强度级别为700MPa的高强度 结构钢，对于这种高强度结构钢除了要求高强度外，低温韧性、焊接 性能以及耐海洋性气候腐蚀的指标也要求极为严格，国内外无成熟产 品。"华天龙"号是我国乃至亚洲目前为止最大的起重工程船，起重机 臂架长达109米，最大起重能力达4000吨，能吊起重物进行360度 回转，使装载"南海一号"的沉箱在起吊过程中能够保持稳定。所以起 重机悬臂梁用钢对相匹配的焊接材料及焊接工艺提出了苛刻的要求。 目前国内采用现有抗拉强度Rm2690 MPa级气保护焊接材料与焊接工艺匹配，熔敷金属强度、冲击功与实际接头韧性远不能满足高强度海 洋工程结构用钢制造的焊接技术要求，尤其是与高强度、高韧性的基 材相比，其强度与韧性指标相差太远。在多层焊的情况下，接头强度 与低温冲击功无法达到焊接制造技术指标要求。因此发明一种高强度 钢材焊接工艺方法非常有益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有焊接技术的缺陷，提供一 种高强度钢材气保护焊接工艺方法，采用本发明方法焊接的接头具有 优良的低温韧性，接头三区具有较高的低温冲击韧性储备及安全裕
本发明的技术方案是这样实现的它包括以下工艺步骤.-
(1) 、气保护焊接头开双V型非对称坡口，坡口角度为60。，钝
边2 mm;
(2) 、采用名义强度700Mpa焊丝焊接，悍丝的熔敷金属抗拉强 度R^700Mpa，焊丝直径为1.2mm;
(3) 、采用20。/。CO2+80G/。Ar富氩气混合熔化极气保护焊，焊前 不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺；
(4) 、所用焊丝的化学成分按重量百分比为C:0.04 0.12、 Si:0.40 0.80、 Mn:1.40 2.0、 P^0.020、 SS0.015、 Ni:0.40 1.0、 Cr:0.20 0.50、 Ti:0.06 0.20、 Cu:0.30 0.50、 B:0.002 0.0079 、 Als^0.02。
其中焊接电流为255 265A，焊接电压26 27V，焊接速度 28 29cm/min，焊接线能量13 15 kJ/cm，气体流量18~20L/min，气 保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100 150°C。
其中采用机械加工成双面V型非对称坡口，每单边坡口加工角 度为30°，双面V型坡口角度为60°，钝边2mm。
本发明的富氩气体保护焊接工艺与匹配的材料焊接高强度海洋 工程结构用钢WNQ6卯焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺 方法，具有优良的接头综合性能。接头三区具有较高的冲击韧性储备、抗裂性能及安全裕度。接头三区实际指标远高于德劳认证2Y40标准
(TC冲击功AKV247J、3Y40标准-20。C冲击功AKV247J、4Y40标准-4(TC 冲击功AKV^47J焊接性能指标。本发明的焊接工艺方法具有优良的焊 接工艺性能，操作简便、适用方便、高效节能，它非常适合高强度海 洋工程结构用钢的焊接。
图1是本发明焊接坡口的结构示意图
具体实施例方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步描述 实施例1:
基材WNQ690钢板，试板尺寸为600mmx300mmx26m。气保 护焊坡口采用双V型非对称坡口，坡口角度为60。，钝边2mm。
焊接材料匹配熔敷金属的力学性能为Ref665 MPa、 Rm=735 MPa、 A=20%、 Z=68%、烙敷金属平均冲击功AKV (-40 °C) =182 J， 与WNQ690钢(26 mm+26 mm)厚板组合采用富氩(20 %CO2+80 %Ar)焊接工艺焊接。
焊接工艺规范所用焊丝的化学成分按重量百分比为C:0.04、 Si:0.40、Mn:1.40、P^).020、SS0.015、Ni:0.40、Cr:0.20、Ti:0.06、Cu:0.30、 B:0.002、 Als，02，焊丝直径①1.2mm，焊接电流270 (A)，焊接电 压27 (V)，焊接速度29(cm/min)，焊接线能量15 (kJ/cm)，气体 流量18 (L/min);气保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制 在100~150(°C)，焊后试板经100%超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高强度结构钢对接接头力学性能，焊缝抗 拉强度Rm达到750MPa，接头冷弯(正弯)D=4a， 180°合格，接头 冷弯(反弯)D=4a，， 180°合格，焊缝冲击功AKv (0°C) =187 J，熔 合浅Akv (0°C) =217 J，热影响区(1mm) AKV (0°C) =224 J，热影 响区(3mm) AKV (0°C) =250 J，热影响区(5mm) AKV (0°C) =243 J，热影响区(7mm) AKV (0°C) =259J，热影响区(30mm) AKV (0°C) =238J。实施例2:
基材WNQ690钢板，试板尺寸为600mmx300mmx26m。气保 护焊坡口采用双V型非对称坡口，坡口角度为60。，钝边2mm。
焊接材料匹配熔敷金属的力学性能为1^=665 MPa、 Rm=735 MPa、 A=20°/。、 Z=68%、熔敷金属平均冲击功AKV (-40 °C) =182 J， 与WNQ690钢(26 mm+26 mm)厚板组合采用富氩(20 %CO2+80 %Ar)焊接工艺焊接。
焊接工艺规范所用焊丝的化学成分按重量百分比为C:0.12、 Si: 0.80、 Mn: 2.0、 P￡0.020、 S￡0.015、 Ni: 1.0、 Cr: 0.50、 Ti: 0.20、 Cu: 0.50、 B: 0.0079、 Als^0.02。焊丝直径01.2mm，焊接电流265 (A)， 焊接电压27 (V)，焊接速度29(cm/min)，焊接线能量15 (kJ/cm)， 气体流量18 (L/min)。气保护悍采用多层多道连续施焊，层间温度 控制在100 150(°C)，焊后试板经100%超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高强度结构钢对接接头力学性能，焊缝抗 拉强度Rm达到750MPa，接头冷弯(正弯)D=4a， 180°合格，接头 冷弯(反弯)D=4a， 180°合格，焊缝冲击功AKv (-20°C) =171 J，熔 合浅Akv (-20。C) =1卯，热影响区(1mm) AKV (-20。C) =188 J， 热影响区(3mm) AKV (-20。C ) =237 J，热影响区(5mm) AKV (-20°C) =227 J，热影响区(7mm) AKV (-20°C) =229J，热影响区(30mm) AKV (-20°C) =186J。
实施例3:
基材WNQ690钢板，试板尺寸为600mmx300mmx26m。气保 护焊坡口采用双V型非对称坡口，坡口角度为60。，钝边2mm。
焊接材料匹配熔敷金属的力学性能为Ref665 MPa、 Rm=735 MPa、 A=20%、 Z=68%、熔敷金属平均冲击功AKV (-40 °C) =182 J, 与WNQ690钢(26 mm+26 mm)厚板组合采用富氩(20 %CO2+80 %Ar)焊接工艺焊接。
焊接工艺规范所用焊丝的化学成分按重量百分比为C:O.OS、 Si: 0.6、 Mn丄6、 P50扁、S^0.015、 Ni:0.8、 Cr:0.3、 Ti:O.lO、 Cu:0.40、B: 0.004、 Als^0.02。
焊丝直径①1.2mm，焊接电流270 (A)，焊接电压27 (V)，焊
接速度29(cm/min)，焊接线能量15 (kJ/cm)，气体流量18 (L/min)。
气保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100~150(°C)，焊
后试板经100%超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高强度结构钢对接接头力学性能，焊缝抗
拉强度Rm达到750MPa，接头冷弯(正弯)D=4a， 180°,接头冷弯 (反弯)D=4a， 180°，焊缝冲击功AKV (-40°C) =137 J，熔合线AKV (-4(TC) =183 J，热影响区(1mm) AKV (-40°C) =210 J，热影响区 (3mm) AKV (-40°C) =196 J，热影响区(5mm) AKV (-40°C) =185
J，热影响区(7mm) AKV (-40°C) =155J，热影响区(30mm) AKV (-40°C) =193J。
实施例4:
基材WNQ690钢板，试板尺寸为600mmx300mmx26m。气保 护焊坡口采用双V型非对称坡口，坡口角度为60。，钝边2mm。
焯接材料匹配熔敷金属的力学性能为1^=665 MPa、 Rm=735 MPa、 A=20%、 Z=68%、熔敷金属平均冲击功AKV (-40 °C ) =182 J, 与WNQ690钢(26 mm+26 mm)厚板组合采用富氩(20 %CO2+80 %Ar)焊接工艺焊接。
焊接工艺规范所用焊丝的化学成分按重量百分比为C:0.12、 Si: 0.80、 Mn: 2.0、 P^0.020、 S，015、 Ni:0.40、 Cr:0.20、 Ti:0.06、 Cu: 0.50、 B: 0.0079、 Als^).02。焊丝直径(D1.2mm，焊接电流270 (A)，焊接 电压27 (V)，焊接速度29(cm/min)，焊接线能量15 (kJ/cm)，气 体流量18 (L/min);气保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控 制在100 150(°C)，焊后试板经100%超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高强度结构钢对接接头力学性能，焊缝抗 拉强度Rm达到750MPa，接头冷弯(正弯)D=4a， 180°，接头冷弯 (反弯)D=4a， 180。，焊缝冲击功AKv (-60°C) =77 J，熔合线AKV (-60°C) =110 J，热影响区(lmm) AKV (-60°C) =147 J，热影响区(3mm) AKV (-60。C) 二177J，热影响区(5mm) AKV (画60。C) =172 J， 热影响区(7mm) AKV (-60。C ) =132J，热影响区(30mm) AKV (-60。C) =152J。
权利要求
1、 一种高强度钢材气保护焊接工艺方法，它包括以下工艺步骤:(1) 、气保护焊接头开双V型非对称坡口，坡口角度为60。，钝 边2 mm (2) 、采用名义强度700Mpa焊丝焊接，焊丝的熔敷金属抗拉强 度Rm^700Mpa，焊丝直径为1.2mm;(3) 、采用20。/。CO2+80。/。Ar富氩气混合熔化极气保护焊，焊前 不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺；(4) 、所用焊丝的化学成分按重量百分比为C:0.04 0.12、 Si:0.40 0.80、 Mn:1.40 2.0、 P^0細、S^0.015、 Ni:0.40 1.0、 Cr:0.20 0.50、 Ti:0.06 0.20、 Cu:0.30 0.50、 B:0.002 0.0079、 Als，02。
2、 根据权利要求1所述的一种高强度钢材气保护焊接工艺方法， 其中焊接电流为255~265A，焊接电压26 27V ，焊接速度 28~29cm/min，焊接线能量13 15 kJ/cm，气体流量18 20L/min，气 保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100~150°C。
3、 根据权利要求1所述的一种高强度钢材气保护焊接工艺方法， 其中采用机械加工成双面V型非对称坡口，每单边坡口加工角度为 30°，双面V型坡口角度为60°，钝边2mm。
全文摘要
本发明涉及一种高强度钢材气保护焊接工艺方法，它包括以下工艺步骤(1)气保护焊接头开双V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；(2)采用名义强度700MPa焊丝焊接，焊丝的熔敷金属抗拉强度R<sub>m</sub>≥700MPa；(3)采用20％CO<sub>2</sub>+80％Ar富氩气混合熔化极气保护焊，焊前不预热、焊后不进行热处理；(4)所用焊丝的化学成分按重量百分比为C0.04～0.12、Si0.40～0.80、Mn1.40～2.0、P≤0.020、S≤0.015、Ni0.40～1.0、Cr0.20～0.50、Ti0.06～0.20、Cu0.30～0.50、B0.002～0.0079、Als≤0.02。本发明方法具有优良的焊接工艺性能，操作简便、适用方便、高效节能，它非常适合高强度海洋工程结构用钢的焊接。
文档编号B23K9/16GK101310908SQ20081004822
公开日2008年11月26日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者刘吉斌, 周运武, 牟文广, 王玉涛, 凯 缪, 胡家国, 邹德辉, 浮 陈, 黄治军 申请人:武汉钢铁(集团)公司