一種超細(xì)晶鋼ss400中厚板焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接方法，屬于金屬焊接領(lǐng)域。本發(fā)明將超細(xì)晶鋼SS400中厚板制備成X形坡口，對焊件火焰預(yù)熱100℃，層間溫度為100～150℃。第一道焊接熱輸入控制在12～17kJ/cm的范圍內(nèi)，第二道焊接熱輸入控制在10～22kJ/cm的范圍內(nèi)。焊縫清渣后，在正反兩條焊縫上各加一層退火焊道。本發(fā)明提供一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接方法，使超細(xì)晶鋼SS400熱影響區(qū)寬度大幅縮減，有效地控制粗晶區(qū)奧氏體晶粒異常長大與組織惡化，減小軟化區(qū)的出現(xiàn)幾率，降低焊接應(yīng)力不均勻，減少變形。
【專利說明】一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接方法，屬于金屬焊接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超細(xì)晶鋼SS400是日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通結(jié)構(gòu)用軋制鋼材》標(biāo)準(zhǔn)JISG3101-2004中最常用的一個鋼種，其最大抗拉強(qiáng)度達(dá)到400MPa。超細(xì)晶鋼SS400具有超細(xì)晶粒、超純凈以及優(yōu)良綜合性能等特點(diǎn)，廣泛適用于橋梁、船舶、車輛以及其他結(jié)構(gòu)使用的一般結(jié)構(gòu)用鋼，由于在生產(chǎn)過程中沒有加入合金元素，生產(chǎn)成本大幅降低，而強(qiáng)度、韌性比常用同成分鋼材
提高一倍。
[0003]然而，在超細(xì)晶鋼SS400焊接過程中受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫周圍原奧氏體晶粒異常長大，造成焊接接頭質(zhì)量下降。但是根據(jù)焊接熱輸入的不同，焊縫熔深、熔寬以及熱影響區(qū)尺寸勢必會不同，而在生產(chǎn)中熱影響區(qū)寬度對超細(xì)晶鋼SS400的焊后性能有很大影響。熱影響區(qū)寬度過大，焊接接頭會出現(xiàn)淬硬組織，使焊縫強(qiáng)度及硬度過高，而塑性、韌性大幅降低。同時，焊接接頭出現(xiàn)軟化區(qū)，焊接接頭處力學(xué)性能極不均勻。目前，改善接頭組織性能方法主要采用焊后熱處理，但此方法需要特殊設(shè)備且耗能、耗時。此外，通過調(diào)整工藝參數(shù)以達(dá)到X形坡口焊接接頭相對較好的力學(xué)性能方面的工作較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了減小超細(xì)晶鋼SS400已有焊接工藝容易產(chǎn)生過熱區(qū)組織粗大、熱影響區(qū)寬度增加和接頭軟化區(qū)形成，從而造成焊接接頭力學(xué)性能穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種改善超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接過熱區(qū)組織、減小熱影響區(qū)寬度和避免軟化區(qū)形成，提高焊縫周邊組織力學(xué)性能均勻性的一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接方法。
[0005]技術(shù)解決方案是:
[0006]本發(fā)明采用手工電弧焊，所使用的焊接材料為J422酸性焊條，超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊縫處設(shè)置成X形坡口，單側(cè)坡口為30°，不留鈍邊；所采用的焊接工藝為:
[0007]第一道焊縫熱輸入控制在12?17kJ/cm的范圍內(nèi)，1=160?180A，U=30?38V，v=3 ?4mm/s ;
[0008]第二道焊縫熱輸入控制在10?22kJ/cm的范圍內(nèi)，1=140?200A，U=30?34V，v=2.5 ?3.5mm/s。
[0009]進(jìn)一步:對X形坡口焊件進(jìn)行對口點(diǎn)固焊，沿焊道方向每隔IOmm用烏極氬氣保護(hù)焊焊接，焊接材料為A302焊條，焊絲直徑為Φ2.2mm，1=80?110A，U=23?27V，氬氣流量為 10L/min。
[0010]進(jìn)一步:焊接前對焊件進(jìn)行火焰預(yù)熱處理，采用預(yù)熱溫度為:150°C，焊接層間溫度為100?150°C。
[0011]進(jìn)一步:焊縫清渣后，在正反兩條焊縫上各加一層退火焊道。
[0012]本發(fā)明超細(xì)晶鋼SS400由于其韌性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于軍工及民品等結(jié)構(gòu)用鋼，但是經(jīng)過焊接后的超細(xì)晶粒鋼SS400喪失原有優(yōu)點(diǎn)，焊縫組織異常長大，并且出現(xiàn)硬度低于母材的軟化區(qū)，宏觀表現(xiàn)為熱影響區(qū)尺寸增加，導(dǎo)致力學(xué)性能薄弱區(qū)增加。
[0013]為了減少焊接接頭對構(gòu)件整體力學(xué)性能的影響，采用較小焊接熱輸入進(jìn)行焊接，可以達(dá)到熱影響區(qū)較窄的目的。但是，熱輸入過小很可能導(dǎo)致未焊透、熔敷率低等焊接缺陷產(chǎn)生,并且生產(chǎn)效率大幅降低。
[0014]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:
[0015](I)使超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接接頭熱影響區(qū)寬度大幅縮減，減少淬硬組織，接頭力學(xué)性能相對均勻。
[0016](2)有效地控制過熱區(qū)奧氏體晶粒異常長大與組織惡化，減小軟化區(qū)的出現(xiàn)幾率。
[0017](3)降低焊接應(yīng)力，減少變形。
[0018](4)大幅提高焊接生產(chǎn)效率
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明超細(xì)晶鋼SS400中厚板X形坡口示意圖；
[0020]圖2 Ca)是本發(fā)明第一道焊縫熱影響區(qū)寬度隨熱輸入變化趨勢圖；
[0021]圖2 (b)是本發(fā)明第二道焊縫熱影響區(qū)寬度隨熱輸入變化趨勢圖；
[0022]圖3 (a)是本發(fā)明焊接熱輸入為12kJ/cm的過熱區(qū)晶粒圖；
[0023]圖3 (b)是本發(fā)明焊接熱輸入為16kJ/cm的過熱區(qū)晶粒圖；
[0024]圖3 (C)是本發(fā)明焊接熱輸入為33kJ/cm的過熱區(qū)晶粒圖；
[0025]圖4是本發(fā)明焊接接頭硬度測試值。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明超細(xì)晶鋼SS400X形坡口焊接薄弱環(huán)節(jié)主要集中在熱影響區(qū)附近，此區(qū)域容易產(chǎn)生低塑性、高硬度的淬硬組織和軟化區(qū)。因此熱影響區(qū)寬度直接影響焊接接頭性能。經(jīng)過試驗(yàn)研究表明:過熱區(qū)原奧氏體組織隨熱輸入的增加晶粒嚴(yán)重長大，一些魏氏體組織沿晶界長大趨勢明顯。同時容易出現(xiàn)軟化現(xiàn)象的完全正火區(qū)和不完全正火區(qū)組織形核速率加快，區(qū)域?qū)挾仍黾樱瑢?dǎo)致熱影響區(qū)寬度整體增加。本發(fā)明得出保持熱影響區(qū)寬度較窄的最佳熱輸入范圍為:根據(jù)圖2 (a)得到第一道焊縫最佳熱輸入為12?17kJ/cm ;根據(jù)圖2 (b)得到第二道焊縫最佳熱輸入為10?22kJ/cm。第二道焊縫未經(jīng)過對面焊縫熱作用，更能直接反映晶粒長大情況，圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (c)分別為熱輸入12kJ/cm、16kJ/cm、33kJ/cm第二道焊縫過熱區(qū)晶粒圖，前兩者晶粒尺寸變化相對較小，保持在50?90 μ m ;當(dāng)熱輸入達(dá)到33kJ/cm時，過熱區(qū)晶粒達(dá)到150 μ m。晶粒尺寸明顯粗化，并且出現(xiàn)大量魏氏組織。另外，焊后硬度分析發(fā)現(xiàn)(如圖4)，超細(xì)晶鋼SS400接頭硬度峰值隨焊接熱輸入的增加而增大，同一接頭硬度差增加，同時熱輸入達(dá)到一定值時，低溫?zé)嵊绊憛^(qū)開始出現(xiàn)硬度低于母材等局部軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致接頭力學(xué)性能極不均勻。為了得到熱影響區(qū)寬度較小，且焊接熱輸入適當(dāng)，根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到本發(fā)明的推薦工藝。
[0027]具體工藝如下:
[0028]( I)焊前準(zhǔn)備
[0029]在大于5°C的操作環(huán)境下進(jìn)行操作，將超細(xì)晶鋼SS400中厚板制備成X形坡口(見圖1)，單邊坡口 30°，不留鈍邊，對焊縫周圍進(jìn)行清理，焊縫長度一般不小于1000mm。
[0030](2)點(diǎn)固焊
[0031]點(diǎn)固焊所用的焊接方法為鎢極氬氣保護(hù)焊，焊接材料為A302焊條，焊絲直徑為Φ2.2mm。起弧電流為80?120A，電壓為23?27V，氬氣流量為10L/min，氣體滯后時間3s。從焊件邊緣開始，沿焊道方向每隔IOOmm點(diǎn)固一次。
[0032](3)焊前預(yù)熱
[0033]預(yù)熱方法為火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度:150°C，層間溫度為:100?150°C。層間測溫方式:采用紅外點(diǎn)溫儀在第二道焊縫開始焊接處測溫。
[0034](4)焊接
[0035]焊接設(shè)備為ZX5-630形手工電弧焊機(jī)，焊接材料為J422普通酸性焊條，使用Φ 3.2mm焊條正反兩道焊，采用鋸齒形運(yùn)條方法，確保熔敷金屬填滿焊道，焊后余高小于2mm ο
[0036]第一道焊縫熱輸入控制在12?17kJ/cm進(jìn)行焊接，1=160?180A，U=30?38V，v=3 ?4mm/s。
[0037]第二道焊縫熱輸入控制在10?22kJ/cm進(jìn)行焊接，1=140?200A，U=30?34V，v=2.5 ?3.5mm/s。
[0038](5)焊后清理
[0039]焊后用角磨機(jī)對焊縫處焊渣及飛濺金屬進(jìn)行清理。
[0040](6)退火焊
[0041]焊后在正反兩條焊縫上各加一層退火焊道，焊接工藝采用小電流、高焊速度進(jìn)行退火焊。確保退火焊層厚度在1_范圍內(nèi)。
[0042]此焊接工藝對SS400中厚板焊接，在指定熱輸入下熱影響區(qū)寬度變化平緩，過熱區(qū)組織相對良好，沒有發(fā)現(xiàn)硬度低于母材的軟化區(qū)。
【權(quán)利要求】
1.一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接方法，其特征在于，采用手工電弧焊，所使用的焊接材料為J422酸性焊條，超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊縫處設(shè)置成X形坡口，單側(cè)坡口為30°，不留鈍邊；所采用的焊接工藝為: 第一道焊接熱輸入控制在12?17kJ/cm的范圍內(nèi)，1=160?180A，U=30?38V，v=3?4mm/s ; 第二道焊接熱輸入控制在10?22kJ/cm的范圍內(nèi)，1=140?200A，U=30?34V，v=2.5?3.5mm/s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接工藝，其特征是:對X形坡口焊件進(jìn)行對口點(diǎn)固焊，沿焊道方向每隔IOmm用烏極氬氣保護(hù)焊焊接，焊接材料為A302焊條，焊絲直徑為Φ2.2mm, 1=80?110A, U=23?27V，氬氣流量為10L/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接工藝，其特征是:焊接前對焊件進(jìn)行火焰預(yù)熱處理，采用預(yù)熱溫度為:150°C，焊接層間溫度為100?150°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)晶鋼SS400中厚板焊接工藝，其特征是:焊縫清渣后，在正反兩條焊縫上各加一層退火焊道。
【文檔編號】B23K9/00GK103801795SQ201310681799
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】白慶偉, 麻永林, 邢淑清, 陳重毅 申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)