[发明专利]一种屈服强度800MPa低合金高强钢不预热强度梯度匹配焊接工艺

说明书

技术领域

本发明提出的一种屈服强度800MPa低合金高强钢不预热强度梯度匹配焊接工艺属于低合金高强钢不预热焊接技术领域，特别涉及到采用抗拉强度500MPa焊丝打底焊、抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊。

背景技术

随着机械工业的迅速发展，焊接结构也日益大型化、轻量化。由于低合金高强钢具有良好的焊接性、优良的可成形性及较低的制造成本，因此被广泛用于压力容器、车辆、桥梁、建筑、工程机械、矿山机械、农业机械、纺织机械、海洋结构、船舶、电力、石油化工、军工产品及航空航天等领域，已成为大型焊接结构中最主要的结构材料之一。

低合金高强钢含有一定的合金元素及微合金化元素，淬硬倾向大，具有很强的焊接冷裂纹敏感性，对于屈服强度800MPa级低合金高强钢更为显著，焊接冷裂纹、焊接热影响区脆化和软化已成为低合金高强钢焊接所面临的主要问题。

在生产中，通常采用焊前预热、焊后热处理来避免焊接裂纹的产生。焊前预热、焊后热处理无疑在使生产工艺复杂、增加生产成本、降低生产效率和恶化工作环境的同时，也会增大焊接热影响区软化倾向，尤其在焊接屈服强度800MPa级低合金高强钢时更为明显。在一些特殊的焊接结构中，很难实现预热甚至不允许采用预热，这大大限制了低合金高强钢的应用。若能实现屈服强度800MPa级低合金高强度钢不预热焊接，对简化焊接工艺、提高焊接接头性能、降低生产成本和改善工作环境将具有重要的意义。

改善钢材的焊接性、开发抗裂性好的焊接材料、采用先进的焊接方法以及低强匹配焊接工艺是实现低合金高强钢不预热焊接的四种主要途径。传统的低强匹配焊接工艺可以降低低合金高强钢焊接预热温度，但需要通过增加焊缝余高来保证整体结构的强度要求，这种方法不仅容易引起焊趾部位的应力集中，使制造难度增加，同时改变了焊接结构的几何尺寸，如何控制焊缝余高的几何尺寸成为生产中的瓶颈问题。

对于屈服强度800MPa的低合金高强度而言采用低强度匹配可以一定程度解决低合金高强度不预热问题，通常采用打底焊焊丝抗拉强度较高，例如抗拉强度600MPa或700MPa，在拘束度较大的焊接结构中这种打底焊在不预热条件下不能完全消除裂纹。

发明内容

针对背景技术中屈服强度800MPa低合金高强度钢不预热焊接工艺存在的不足，本发明提出打底焊采用抗拉强度500MPa焊丝的技术方案，从而得到无焊接裂纹的不预热焊接工艺。

本发明技术方案如下：

一种屈服强度800MPa低合金高强度不预热强度梯度匹配焊接工艺，包括打底焊和填充及盖面焊，

其特征在于，

1)采用抗拉强度500MPa焊丝打底焊，抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊；

2)上述打底焊和填充及盖面焊均采用活性气体保护焊，两者焊接热输入都为9kJ～20kJ/cm，保护气体为Ar+20％CO₂，其气体流量均为18L/min～22L/min；

3)打底焊根部焊道焊完后立即用角磨机、炭弧气刨或等离子气刨中一种清理焊道背面后再继续施焊；填充及盖面焊连续施焊直到焊接完成，焊道间温度应控制为100℃～150℃；

4)抗拉强度500MPa焊丝化学成分(质量百分比)为：

C 0.08，Si 0.91，Mn 1.52，S 0.011，P 0.010其余为Fe，

该焊丝熔敷金属力学性能为：抗拉强度R_m545MPa，屈服强度R_eL435MPa，断后伸长率A26.0％；该焊丝熔敷金属扩散氢含量为0.6mL/100g(水银法)；抗拉强度800MPa焊丝的化学成分(质量百分比)为：

C 0.08％，Si 0.63％，Mn 1.77％，S 0.002％，P 0.011％，Ni 1.16％，Mn 0.28其余为Fe；

该焊丝熔敷金属力学性能为：抗拉强度R_m855MPa，屈服强度R_eL795MPa，断后伸长率A20.0％；

该焊丝熔敷金属扩散氢含量为1.4mL/100g(水银法)。

本发明的技术要点在于，经苛刻的斜Y坡口裂纹敏感性试验确定的抗拉强度500MPa焊丝打底焊，由于该焊缝塑性屈服强度低、塑性好，在焊接接头冷却过程中能产生较大的塑性变形以缓解焊缝根部应力集中，降低裂纹敏感性；同时打底焊采用的抗拉强度500MPa焊丝具有超低的扩散氢含量(0.6mL/100g)，也可以避免焊缝根部因氢浓度过高引起氢致裂纹。