[发明专利]一种低合金高强钢焊接工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低合金高强钢焊接工艺方法。

背景技术

作为综采工作面主要设备之一的液压支架，随着架型结构的进一步完善，设计方法更加先进，参数开始向高工作阻力、大中心距方向发展。随着支架工作阻力的加大，耐久性试验次数的增加，如果选用传统的16Mn和15MnVN，要保证支架的支护强度，只有加大板材厚度，势必使支架总体重量超重，给矿井提升和井下运输、工作面搬运都带来极大的不便。因此在保证支护强度和支架总重不超标的情况下，切实可行的办法就是选用高强度钢材。正因为如此，支架结构材料正越来越多地采用高强度钢材，主要结构件材料以σs为450～900MPa级的不同等级高强度钢板逐步取代16Mn(σs为320～350MPa)，但由于对高强钢的焊接性能的研究起步较晚，各煤机厂更多的是从经验出发，基本上处于边摸索、边生产的局面，由于焊接工艺选择不当，容易产生焊接裂纹。而且对抗拉强度500-1000MPa低合金高强钢焊缝金属组织所做的大量电子衍射分析表明，高强钢焊缝金属中存在M-A组织，当合金元素含量低时，M-A组织呈颗粒状；当合金元素含量高时则呈板条状，焊缝金属中M-A组织不论是粒状还是板条状分布，当他们连续存在时则明显降低焊缝金属的冲击韧性。

发明内容

本发明的目的是：提供一种低合金高强钢的焊接工艺。

本发明目的是通过实施下述技术方案来实现的：

一种低合金高强钢焊接工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)角焊接头处开单边30°或45°坡口，对接接头开单边45°坡口或60°V形坡口。

(2)焊前打磨清除焊缝周边20mm范围内的铁锈、油污；

(3)采用Ar+CO2混合气体保护焊，焊接电流I＝240～300A，电压V＝25～30V，混合气配比Ar∶CO2＝80∶20；保护气流量20L/min；直流反接；

(4)焊接前预热温度：

钢件的碳当量大于0.4时，预热温度为100-150℃；

钢件的碳当量小于0.4时，不需要预热；

(5)焊接速度：250～300mm/min；

(6)采用焊接材料的强度和需焊接的钢材强度相当的实心焊丝进行多层多道焊接；焊接过程中保持层间温度150℃±20℃，随时用预热喷枪进行补温，焊接线能量为16～18KJ/cm；

(7)焊接后进行整体低温时效时效处理，温度为300-400℃；

采用以上焊接工艺焊接低合金高强钢，焊接过程中通过预热减少冷却速度，严格限制焊接线能量热输入对母材的作用，采用多层多道焊接减少单位焊接线能量，以及焊后重新调制处理的措施，避免了焊接裂纹的产生，解决了大型结构件的焊接残余应力的消除问题。通过焊接材料的选择，和焊接工艺的合理确定，增加了焊接接头的抗拉强度，经过检测，焊缝抗拉强度达到理论额定值(σb≥750MPa)，焊接接头的抗拉强度达到了与母材等强的目的。

从金相组织分析，焊缝区为针状铁素体+少量贝氏体，熔合区为铁素体+贝氏体，热影响区为铁素体+贝氏体，沿晶界分布着少量的珠光体。焊缝中的针状铁素体(AF)可以改善原始焊缝的低温冲击韧性，当焊缝中存在高比例的针状铁素体时，低温韧性显著提高。焊接接头试样断口为塑性断裂，尽管采用的曲率半径较小，但试样无裂纹出现，圆弧处无起皱现象，背弯时内外层伸展自如。焊缝熔合良好，热影响区宽度为2mm。斜Y坡口焊接裂纹试验，试件焊缝表面、断面裂纹率均为零，说明在较苛刻的拘束条件下采用本发明方法也可以防止焊接冷裂纹的产生。

具体实施方式

实施例1：

母材：Q690低合金高强钢，角焊接头处开单边30°坡口，对接接头开60°V形坡口，打磨清除焊缝周边20mm范围内的铁锈、油污；

采用Ar+CO2混合气体保护焊，焊接电流I＝240A，电压V＝25V，混合气配比Ar∶CO2＝80∶20；保护气流量20L/min；直流反接；

焊接前预热温度：钢件的碳当量大于0.4时，预热温度为120℃；

焊接速度：250mm/min；

采用哈焊所HS-80实心焊丝进行多层多道焊接；焊接过程中保持层间温度150℃，随时用预热喷枪进行补温，焊接线能量为18KJ/cm；

焊接后进行整体低温时效时效处理，温度为300℃；

焊后焊接接头的抗拉强度达到780MPa，焊缝熔合良好，热影响区宽度为2mm，弯曲试验合格，焊接接头塑性良好，断口圆弧处无起皱现象，斜Y型坡口焊接拘束裂纹试验焊缝表面、断面裂纹率均为零。