一种适用于75kJ/cm热输入焊接的650MPa级多丝埋弧焊用焊接材料及焊接方法

本发明涉及焊接材料，尤其涉及一种适用于75kj/cm热输入焊接的650mpa级多丝埋弧焊用焊接材料及焊接方法。

背景技术：

1、随着我国社会经济的迅速发展，钢结构的大型化、高参数以及安全性已成为必然趋势，高性能、易焊接中厚钢板的需求量不断扩大。以多丝埋弧焊、窄间隙埋弧焊、气电立焊和电渣焊为代表的大热输入焊接技术(焊接热输入不小于50kj/cm)能够兼顾焊接效率与生产成本，在各行各业获得广泛研究及应用。但是，在大热输入焊接条件下，随着焊接热输入的增大，焊缝晶粒粗化、热影响区面积扩大以及其他一些焊接缺陷随之增多，使得焊缝金属低温冲击韧性急剧恶化，焊缝金属力学性能与大热输入之间难以匹配成为制约高效焊接技术进一步发展的关键问题。

2、中国发明专利申请cn201410728048.4公开了一种适用于60～160kj/cm焊接热输入的“一种大热输入埋弧焊丝”，该埋弧焊丝通过添加0.01～0.05％的ti形成tin来钉扎奥氏体晶界以阻止奥氏体晶粒长，另一方面通过添加si、mn、ti、al、ce、mg等合金元素促进高熔点si、mn、ti、al、ce和mg等的复合氧化物夹杂，促进针状铁素体的产生。但是在大热输入焊接过程中(大于50kj/cm)，ti的烧损比较严重，0.01～0.05％的钛元素过渡到熔敷金属中的含量较少，此外在该专利的实施例中，进行了对接试板的大热输入焊接，由大热输入焊接带来的焊缝金属熔合比较大，焊缝金属有效成分得到进一步稀释，因此在实施例中焊缝中心-40℃低温冲击韧性出现较低值。另外，在大热输入焊接过程中，除元素烧损等问题外，由于焊缝金属冷却速度较慢，晶界先共析铁素体的产生会对焊缝金属的韧性造成很大的影响，因此在大热输入焊接中需要抑制先共析铁素体和侧板条铁素体的形成。但是现有技术并未给出解决以上问题的有效手段。

3、因此，提供一种适用于75kj/cm热输入焊接的650mpa级多丝埋弧焊用焊接材料已成为本领域面临的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于75kj/cm热输入焊接的650mpa级多丝埋弧焊用焊接材料及焊接方法，本发明提供的焊接材料适用于75kj/cm大热输入焊接，且焊接而成的焊缝金属的抗拉强度达到650mpa级，同时在-40℃具有较高的冲击韧性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种适用于75kj/cm热输入焊接的650mpa级多丝埋弧焊用焊接材料，包括以下质量百分比的元素：c：0.08～0.12％，si：≤0.09％，mn：1.70～1.95％，cr：0.30～0.45％，ni：0.05～0.50％，mo：0.40～0.58％，ti：0.13～0.24％，v：0.04～0.05％，b：0.0005～0.0030％，mg：≤0.005％，zr：≤0.020％，la：≤0.030％，p：≤0.012％，s：≤0.005％，pb+sn+as+sb+bi：≤0.008％和余量fe。

4、优选地，所述650mpa级多丝埋弧焊用焊接材料中的元素的质量百分比具有如下关系：0.72≤α≤1.33；87.41≤β≤124.36；655.69≤γ≤772.68；其中，

5、α＝(62.17si+19.33mn+25.01zr)/(45.33cr+58.31ni+20.32mo)；

6、β＝42.56mn+75.88ti+123.28v+520.16b+191.14mg+482.66la；

7、γ＝405.54+105.14c+92.35mn+54.06cr+88.72ni+109.86mo+153.61ti+97.88zr。

8、优选地，所述焊接材料的表面还包覆镀铜层。

9、优选地，所述镀铜层的厚度为0.08～0.12μm。

10、本发明还提供了上述技术方案所述的焊接材料的焊接方法，包括：将焊接材料搭配烧结焊剂在热输入为75kj/cm的条件下对母材金属进行多丝埋弧焊，得到焊接件。

11、优选地，所述烧结焊剂的碱度为2.2≤bⅱw≤2.5。

12、优选地，所述母材金属的材质包括q370qe、q420qe或q500qe。

13、优选地，所述多丝埋弧焊的坡口形式为30～60°v型坡口或30～60°双v型坡口。

14、优选地，所述多丝埋弧焊的焊接位置为平位或船位。

15、优选地，所述多丝埋弧焊的层温≤160℃。

16、本发明提供的适用于75kj/cm热输入焊接的650mpa级多丝埋弧焊用焊接材料，包括以下质量百分比的元素：c：0.08～0.12％，si：≤0.09％，mn：1.70～1.95％，cr：0.30～0.45％，ni：0.05～0.50％，mo：0.40～0.58％，ti：0.13～0.24％，v：0.04～0.05％，b：0.0005～0.0030％，mg：≤0.005％，zr：≤0.020％，la：≤0.030％，p：≤0.012％，s：≤0.005％，pb+sn+as+sb+bi：≤0.008％和余量fe。本发明中的c是主要强化元素，能够显著提高焊缝金属的抗拉强度；mn也具有良好的脱氧能力，不仅能清除钢中的feo，还能与s形成mns，以消除s的有害作用，同时mn还可提高焊缝金属的淬透性，细化组织，并通过固溶强化提高焊缝金属的力学性能；cr能固溶于铁素体中而产生固溶强化作用，从而提高焊缝金属的强度、硬度和塑性；ni能够有效提高焊缝金属的屈服强度；mo能细化晶粒尺寸以提高焊缝金属的强度和硬度，防止回火脆性和过热倾向，还能提高焊缝金属的塑性，减少产生裂纹的倾向；ti为微合金化元素，可以使焊缝金属的组织更加均匀，冲击韧性显著提高，同时ti可以形成的弥散分布的氧化物及氮化物，阻碍奥氏体晶粒长大，其中ti与si、mn、al和mg形成的复合氧化物夹杂有利于针状铁素体的形核和长大，从而显著促进熔敷金属中针状铁素体的生成，有效改善大热输入下熔敷金属的低温韧性；v与c、n元素结合，能够从基体中析出形成弥散分布的微米级v(c,n)粒子，其作为异质形核质点可以有效促进焊接热影响区中针状/块状铁素体的晶内形核，细化组织，极大改善钢板耐大热输入焊接性能；b是强烈的晶界偏聚元素，能优先占据晶界位置，避免杂质元素的偏聚；同时，b还可降低界面能，控制先共析铁素体的析出；此外，ti和b互为保护关系，即ti的添加可避免b与n结合，提高晶界偏聚效果，且b可以保护ti不被过度氧化；因此，本发明通过控制ti、b的含量能够提高焊缝韧化效果，降低熔敷金属的韧脆转变温度；p、s以及pb+sn+as+sb+bi均为有害元素，本发明严格控制其含量能够有效降低其对焊缝组织的不利影响。

17、实施例的结果表明，本发明提供的多丝埋弧焊用焊接材料在焊接热输入75kj/cm条件下焊缝金属的屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥650mpa，延伸率≥20％，-40℃kv2冲击吸收能量为120～144j，满足国内相关标准/规范要求，且冲击吸收能量余量充足；同时在75kj/cm大热输入下焊接工艺性能稳定，熔池流动性良好，熔敷金属成型美观，抗裂性能优异。