专利名称：一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法
技术领域：
本发明属于钢铁材料焊接技术领域，涉及一种硬度级别为HB500级高级别耐磨钢
二氧化碳气体保护焊接方法。
背景技术：
随着我国基础设施的加速建设及对西部大开发战略的实施，水泥建材、冶金矿山、工程机械等行业对耐磨钢的需求逐步上升，对耐磨钢的强度和硬度的要求也趋向于更高的水平，其中以硬度达到HB500的高级别耐磨钢为代表。随着耐磨钢级别的提高，钢中碳元素的含量也相应提高到O. 24% O. 30%,且又添加了 Cr、Mo、B等可提高淬透性的元素，淬硬倾向较大，在骤热骤冷的焊接条件下，极易产生淬硬的马氏体组织，导致焊接冷裂纹的产生及焊接热影响区的脆化。为保证结构的安全使用性，往往需要以降低焊接施工效率和恶化施工条件作代价，即在较高的焊前预热温度及控制较高的层间温度下焊接。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，既保证焊接接头不仅具有较高强度，而且使焊缝具有优良的抗裂性能，接头还具有较高的低温冲击韧性储备及安全裕度，同时焊接施工条件得到改善,生产成本降低。本发明解决以上技术问题的技术方案是
一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，选用度级别为HB500级高级别耐磨钢板，其厚度为25_及以下，并为相同板厚组合对接；选用CO2气体保护焊；
选用焊丝为以下两种焊丝中的一种第一焊丝的化学组分及重量百分比为0. 06%彡 C彡 O. 15%，I. 40%彡Mn 彡 I. 85%，0· 80%彡 Si 彡 I. 15%，P彡 O. 025%，S 彡 O. 025%，余量为Fe及不可避免的杂质；第二焊丝的化学组分及重量百分比为0. 07%彡C彡O. 10%,
I.30 % ^ Mn ^ I. 80 %,O. 40 % ^ Si < O. 80 %, P ^ O. 013 %, S ^ O. 005 %,0. 20 %^ Mo ^ O. 55%,O. 7%彡Ni彡O. 9%，余量为Fe及不可避免的杂质；
焊前打磨清除坡口面及周边20mm范围内的铁锈和油污；选用所述第一焊丝与C02气体保护焊时，固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度不低于120°C，连续焊接，填充及盖面焊缝焊道间温度为120°C 200°C，焊接时焊接热输入量控制在8 20KJ/cm ;选用所述第二焊丝与C02气体保护焊时，固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度不低于150°C，连续焊接，填充及盖面焊缝焊道间温度为150°C 200°C，焊接时焊接热输入量控制在8 20KJ/cm。在具体施焊时，由于采用常规的焊接方法，焊接热影响区不可避免的要产生马氏体，而工程、矿山机械等结构件所用的钢板以中厚板为主，焊接接头采用多层多道焊，焊接接头的拘束应力较大，申请人对HB500级高级别耐磨钢的焊接冷裂纹敏感性试验结果表明，为防止焊接冷裂纹的产生，当采用上述第一焊丝焊接时，对于板厚< 25mm厚的HB500级耐磨钢，预热温度应不低于120°C ;当采用第二焊丝焊接时，对于板厚彡25mm厚的匪500耐磨钢，预热温度应不低于150°C。本发明进一步限定的技术方案是
前述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，气体保护焊坡口采用对称或非对称X型坡口，坡口角度为60 ，坡口间隙为O 1mm，钝边为O 1mm。前述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，选用第一 焊丝与CO2气体保护焊时，焊接工艺参数200A 300A，电弧电压22V 32V，焊接速度30 cm/min 40cm/min ;选用第二焊丝与CO2气体保护焊时，焊接工艺参数200A 300A，电弧电压22V 32V，焊接速度 30 cm/min 40cm/mino前述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，第一焊丝抗拉强度Rm彡500MPa ;第二焊丝抗拉强度Rm彡690MPa。前述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，第一焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 06%, Mn 1. 85%, Si :0. 80%, P :0. 025%, S :0. 025%，余量为 Fe 及不可避免的杂质；第二焊丝的化学组分及重量百分比为C :0. 10%, Mn :1. 30%, Si :0. 40%, P O. 013%, S :0. 005%, Mo :0. 20%, Ni :0. 9%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。前述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，第一焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 15%, Mn 1. 40%, Si :1. 15%, P :0. 020%, S :0. 020%，余量为 Fe 及不可避免的杂质；第二焊丝的化学组分及重量百分比为C :0. 07%, Mn :1.80%, Si :0. 80%, P O. 010%, S :0. 003%, Mo :0. 55%, Ni :0. 7%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。前述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，第一焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 10%, Mn 1. 55%, Si 0. 95%, P 0. 015%, S 0. 010%，余量为 Fe 及不可避免的杂质；第二焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 08%, Mn :1. 50%, Si 0. 60%, P O. 009%, S :0. 002%, Mo :0. 30%, Ni :0. 8%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。本发明的有益效果是本发明采用CO2气体保护焊，焊接材料按照低强匹配原则，分别选用两种不同强度级别的焊丝(抗拉强度Rm ^ 500MPa或Rm > 690MP)焊接高级别耐磨钢，满足了不同工况条件对焊接接头不同的力学性能要求，焊前以较低的温度预热，焊后不进行热处理，既可以提高焊接接头的抗冷裂纹敏感性及焊接接头的韧性和塑性，尤其是冲击韧性有了较大提高，焊缝金属及热影响区的_20°C冲击功大于27J，确保了 HB500级高级别耐磨钢焊接接头的综合机械性能满足不同的设计要求，且施焊过程相对简单，提高了焊接生产效率，改善焊接施工条件，降低生产成本。
具体实施例方式实施例I
一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，选用度级别为HB500级高级别耐磨钢板，其厚度为25mm,厚板组合为25_+25_。试板尺寸为450mmX 400mmX 25mm ；
焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 06%, Mn 1. 85%, Si :0. 80%, P 0. 025%, S O. 025%，余量为Fe及不可避免的杂质；
气体保护焊坡口采用非对称双面X型坡口，坡口角度为60 ，坡口间隙为1mm，钝边为
Omm ；焊前打磨清除坡口面及周边20mm范围内的铁锈和油污；
固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度为120°C，预热范围不少于焊接坡口两侧各75mm范围内；
焊接工艺参数焊接电流200A，电弧电压22V，焊接速度30cm/min，焊接热输入量8KJ/cm,对厚度为25mm+25mm组合钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊,直至焊缝填满为止，其焊道层间温度为120°C。 经对采用上述焊接方法焊接的高级别耐磨钢板对接接头力学性能检测，其接头力学性能为抗拉强度Rm:740MPa，断裂位置焊缝，接头冷弯d=4a，90 合格，焊缝金属-20°C冲击功AKv :90J，热影响区熔合线外Imm处-20°C冲击功AKv :142J。实施例2
一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，选用度级别为HB500级高级别耐磨钢板，其厚度为25mm,厚板组合为25_+25_。试板尺寸为450mmX 400mmX 25mm ；
焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 15%, Mn 1. 40%, Si :1. 15%, P :0. 020%, S O. 020%，余量为Fe及不可避免的杂质；
气体保护焊坡口采用非对称双面X型坡口，坡口角度为60 ，坡口间隙为O. 5mm,钝边为 O. 5mm ；
焊前打磨清除坡口面及周边20mm范围内的铁锈和油污；
固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度为120°C，预热范围不少于焊接坡口两侧各75mm范围内；
焊接工艺参数焊接电流270A，电弧电压30V，焊接速度33cm/min，焊接热输入量14KJ/cm,对厚度为25mm+25mm组合钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊,直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度为150°C。经对采用上述焊接方法焊接的高级别耐磨钢板对接接头力学性能检测，其接头力学性能为抗拉强度Rm:730MPa，断裂位置焊缝，接头冷弯d=4a，90 合格，焊缝金属-20°C冲击功AKv :86J，热影响区熔合线外Imm处-20°C冲击功AKv :152J。实施例3
一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，选用度级别为HB500级高级别耐磨钢板，其厚度为25mm,厚板组合为25_+25_。试板尺寸为450mmX 400mmX 25mm ；
焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 10%, Mn 1. 55%, Si :0. 95%, P 0. 015%, S O. 010%,余量为Fe及不可避免的杂质；
气体保护焊坡口采用非对称双面X型坡口，坡口角度为60 ，坡口间隙为1mm，钝边为O. 5mm ；
焊前打磨清除焊缝周边20mm范围内的铁锈和油污；
固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度120°C，预热范围不少于焊接坡口两侧各75mm范围内；
焊接工艺参数焊接电流300A，电弧电压32V，焊接速度30cm/min，焊接热输入量20KJ/cm,对厚度为25mm+25mm组合钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊,直至焊缝填满为止，其焊道层间温度为200°C。经对采用上述焊接方法焊接的高级别耐磨钢板对接接头力学性能检测，其接头力学性能为抗拉强度Rm:750MPa，断裂位置焊缝，接头冷弯d=4a，90 合格，焊缝金属-20°C冲击功AKv :75J，热影响区熔合线外Imm处_20°C冲击功AKv :129J。实施例4
一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，选用度级别为HB500级高级别耐磨钢板，其厚度为25mm,厚板组合为25_+25_。试板尺寸为450mmX 400mmX 25mm ；
焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 10%, Mn 1. 30%, Si :0. 40%, P 0. 013%, S O. 005%, Mo 0. 20%, Ni :0. 9%，余量为Fe及不可避免的杂质。气体保护焊坡口采用非对称双面X型坡口，坡口角度为60 ，坡口间隙为1mm，钝边为Omm ； 焊前打磨清除焊缝周边20mm范围内的铁锈和油污；
固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度为150°C，预热范围不少于焊接坡口两侧各7 5mm范围内；
焊接工艺参数焊接电流200A，电弧电压22V，焊接速度30cm/min，焊接热输入量8KJ/cm ;对厚度为25mm+25mm组合耐磨钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊,直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度150°C。经对采用上述焊接方法焊接的高级别耐磨钢板匪500对接接头力学性能检测，其接头力学性能为抗拉强度Rm 890MPa,断裂位置焊缝，接头冷弯d=4a，90 合格，热影响区熔合线外Imm处-20°C冲击功AKv :136J。实施例5
一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，选用度级别为HB500级高级别耐磨钢板，其厚度为25mm,厚板组合为25_+25_。试板尺寸为450mmX 400mmX 25mm ；
焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 07%, Mn 1. 80%, Si :0. 80%, P 0. 010%, S O. 003%, Mo 0. 55%, Ni :0. 7%，余量为Fe及不可避免的杂质。气体保护焊坡口采用非对称双面X型坡口，坡口角度为60 ，坡口间隙为O. 5mm,钝边为O. 5mm ；
焊前打磨清除焊缝周边20mm范围内的铁锈和油污；
固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度为150°C，预热范围不少于焊接坡口两侧各75mm范围内；
焊接工艺参数焊接电流300A，电弧电压32V，焊接速度40cm/min，焊接热输入量14KJ/cm ;对厚度为25mm+25mm组合耐磨钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊,直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度170°C。经对采用上述焊接方法焊接的高级别耐磨钢板匪500对接接头力学性能检测，其接头力学性能为抗拉强度Rm 897MPa,断裂位置焊缝，接头冷弯d=4a，90 合格，热影响区熔合线外Imm处-20°C冲击功AKv :147J。实施例6
一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，选用度级别为HB500级高级别耐磨钢板，其厚度为25mm,厚板组合为25_+25_。试板尺寸为450mmX 400mmX 25mm ；
焊丝的化学组分及重量百分比为C 0. 08%, Mn 1. 50%, Si :0. 60%, P 0. 009%, S O. 002%, Mo 0. 30%, Ni :0. 8%，余量为Fe及不可避免的杂质。
气体保护焊坡口采用非对称双面X型坡口，坡口角度为60 ，坡口间隙为1mm，钝边为Imm ；
焊前打磨清除焊缝周边20mm范围内的铁锈和油污；
固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度为150°C，预热范围不少于焊接坡口两侧各75mm范围内；
焊接工艺参数焊接电流300A，电弧电压32V，焊接速度30cm/min，焊接热输入量20KJ/cm ;对厚度为25mm+25mm组合耐磨钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊,直至焊缝填满为止，其焊道层间温度200°C。经对采用上述焊接方法焊接的高级别耐磨钢板匪500对接接头力 学性能检测，其接头力学性能为抗拉强度Rm 890MPa,断裂位置焊缝，接头冷弯d=4a，90 合格，热影响区熔合线外Imm处-20°C冲击功AKv :128J。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，其特征在于 选用硬度度级别为HB500级高级别耐磨钢板,其厚度为25mm及以下,并为相同板厚组合对接； 选用C02气体保护焊； 选用焊丝为以下两种焊丝中的一种 第一焊丝的化学组分及重量百分比为0. 06%彡C彡0. 15%，I. 40%彡Mn彡1.85%，0.80%^ Si ^ I. 15%, P ^ 0. 025%, S彡0. 025%，余量为Fe及不可避免的杂质； 第二焊丝的化学组分及重量百分比为0. 07%彡C彡0. 10%，I. 30%彡Mn彡1.80%，0.40 % ^ Si < 0. 80 %, P ^ 0. 013 %, S ^ 0. 005 %,0. 20 % 彡 Mo 彡 0. 55 %,0.7%彡Ni彡0. 9%，余量为Fe及不可避免的杂质； 焊前打磨清除坡口面及周边20_范围内的铁锈和油污； 选用所述第一焊丝与CO2气体保护焊时，固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度不低于120°C，连续焊接，填充及盖面焊缝焊道间温度为120°C 200°C，焊接时焊接热输入量控制在8 20KJ/cm ； 选用所述第二焊丝与CO2气体保护焊时，固定点对焊及打底焊时，施焊前预热温度不低于150°C，连续焊接，填充及盖面焊缝焊道间温度为150°C 200°C，焊接时焊接热输入量控制在8 20KJ/cm。
2.如权利要求I所述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，其特征在于气体保护焊坡口采用对称或非对称X型坡口，坡口角度为60 ，坡口间隙为0 1mm，钝边为0 Imm0
3.如权利要求I所述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，其特征在于选用所述第一焊丝与CO2气体保护焊时，焊接工艺参数焊接电流200A 300A，电弧电压22V 32V,焊接速度 30 cm/min 40cm/min ; 选用所述第二焊丝与CO2气体保护焊时，焊接工艺参数接电流200A 300A，电弧电压22V 32V,焊接速度 30 cm/min 40cm/min。
4.如权利要求I所述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，其特征在于所述第一焊丝抗拉强度Rm ^ 500MPa ;所述第二焊丝抗拉强度Rm ^ 690MPa。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，其特征在于所述第一焊丝的化学组分及重量百分比为C:0. 06%, Mn 1. 85%, Si 0.80%, P 0. 025%, S 0. 025%，余量为Fe及不可避免的杂质； 所述第二焊丝的化学组分及重量百分比为c :0. 10%, Mn1.30%, Si 0. 40%, P0.013%,S 0. 005%, Mo 0. 20%, Ni :0. 9%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。
6.如权利要求1-4中任一权利要求所述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，其特征在于所述第一焊丝的化学组分及重量百分比为c:0. 15%, Mn 1. 40%, Si 1.15%, P 0. 020%, S 0. 020%，余量为Fe及不可避免的杂质； 所述第二焊丝的化学组分及重量百分比为C:0. 07%，Mn :1.80%, Si 0. 80%, P 0.010%, S 0. 003%, Mo 0. 55%, Ni :0. 7%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。
7.如权利要求1-4中任一权利要求所述的高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法，其特征在于所述第一焊丝的化学组分及重量百分比为c:0. 10%, Mn :1.55%, Si ·0.95%, P 0. 015%, S 0. 010%，余量为Fe及不可避免的杂质； 所述第二焊丝的化学组分及重量百分比为C:0. 08%，Mn 1. 50%, Si 0. 60%, P 0.009%, S 0. 002%, Mo :0. 30%, Ni :0. 8%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。
全文摘要
本发明属于钢铁材料焊接技术领域，是一种高级别耐磨钢二氧化碳气体保护焊接方法。采用硬度级别为HB500级高级别耐磨钢板，其厚度为25mm及以下，并为相同板厚组合对接；根据结构对力学性能的要求的不同，分别选用抗拉强度Rm≥500MPa或抗拉强度Rm≥690MPa的焊丝和CO2气体；选用抗拉强度Rm≥500MPa的焊丝，固定点对焊及打底焊时，施焊前预热120℃；连续焊接，填充及盖面焊缝焊道间温度不低于120℃，不高于200℃，焊接时焊接热输入量控制在8～20KJ/cm；或选用抗拉强度Rm≥690MPa的焊丝，固定点对焊及打底焊时，施焊前预热150℃；连续焊接，填充及盖面焊缝焊道间温度不低于150℃，不高于200℃，焊接时焊接热输入量控制在8～20KJ/cm。本发明既保证焊接接头具有较高强度，使焊缝具有优良的抗裂性能，接头具有较高的低温冲击韧性储备及安全裕度，施工条件得到改善，生产成本降低。
文档编号B23K35/30GK102632320SQ20121010519
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者吴年春, 尹雨群, 李丽, 汪晶洁 申请人:南京钢铁股份有限公司