[发明专利]一种氮钛复合强化高强钢的混合气体保护焊接工艺

说明书

本发明公开了一种氮钛复合强化高强钢混合气体保护焊接工艺，通过对焊丝组成进行优选，选取特定的含Ti钢专用焊丝，同并通过调节焊接过程中氮气和CO₂的流量比，充分发挥氮、钛原子的强化作用，显著细化焊接接头的晶粒，提高焊接接头的强度、冲击韧性、塑性，确保焊接接头的综合物理性满足生产要求；在保证焊接质量的前提下可明显降低焊接成本，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明属于钢材焊接技术领域，具体涉及一种氮钛复合强化高强钢的混合气体保护焊接工艺。

背景技术

随着工程及设备向大型化、轻量化方向发展，含氮含钛高强钢由于利用氮、钛原子强化，具有强化效果良好、合金化成本较低等优点，并受到越来越多的制造企业的亲睐；然而在其焊接过程中容易因氮、钛原子结合生成粗大氮化物而使焊接接头强化作用不能充分发挥，导致强度和冲击韧性下降。

现有技术中，专利CN102179601A公开了一种800MPa高强度钢的CO₂气保护焊接工艺，采用CO₂气体保护焊和直流电源反接法，具有工艺简单、可操作性强、焊接能耗低、焊接成本低的优点；但其焊接形成的焊接接头组织晶粒粗大且不均匀，导致其强度和冲击韧性远不能满足含Ti钢的焊接技术要求。专利CN104999166A公开了一种800MPa级含Ti钢专用气体保护焊接工艺，采用直流电源反接法，以氮气作为保护气体进行焊，焊接材料按等强匹配的原则选取特定的含Ti钢专用焊丝，具有可操作性强，工艺简单易行，成本低廉等特点；但其采用的母材为含钛高强钢，不含或未有意添加N元素，如果过量的N原子与钛结合，基体会生成粗大碳氮化物，恶化焊缝强度和韧性。专利CN107971610A公开了一种高Ti超高强钢专用气体保护焊接工艺，该发明规定采用氮气作为保护气体进行焊接，并控制气体流量，确保氮气气体流量为5～18L/min；但该方法单纯采用氮气保护，适用于高碳和高钛含量钢种。

目前，氮强化高强钢由于自身具有优越的综合力学性能，越来越受到工程机械制造业的青睐，尤其是氮、钛原子双作用强化高强钢具有制造成本低、综合性能优良等特点，具有广阔的发展前景。但目前采用的氮强化含钛高强钢的焊接工艺与焊缝中氮、钛原子之间的协调作用不能得到很好控制。进一步解决氮、钛双作用强化钢板的焊接性、配套焊接材料及焊接工艺问题，对推动氮、钛双作用强化高强钢的应用及快速发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种含氮、钛高强钢专用气体保护焊接工艺，该工艺能显著细化焊接接头的晶粒，提高焊接接头的强度、冲击韧性、塑性，确保焊接接头的综合物理性满足生产要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氮钛复合强化高强钢的混合气体保护焊接工艺，包括如下步骤：

1)接头加工：对待焊接钢板的接头部位机械加工成垂直型坡口，其中，坡口角度为垂直于板面90°；

2)预处理：施焊前清理坡口表面，去除铁锈；

3)选择焊丝：焊丝的化学成分及其质量百分含量为：C0.060～0.079，Si0.15～0.20，Ni 0.15～0.24，Mn1.20～1.49，Ti0.100～0.129，N0.009～0.014，余量为Fe及不可避免的杂质；

4)焊接：采用直流电源正接法，以氮气和CO₂混合气体作为保护气体进行焊接，所述保护气体中氮气与CO₂的流量比为1:(3～4)；当保护气体流量比低于1:(3～4)时，保护气体中氮气气压不足，在焊接时焊丝和母材中氮气固溶度低，氮含量达不到要求，不能有效与钛元素相互作用，焊接接头性能达不到要求；当保护气体流量比高于1:(3～4)时，丰富的氮原子会与钛元素结合生成大颗粒氮化钛，且大量的氮气会在焊缝形成气泡，影响焊接质量，使钢板的冲击韧性和强度均下降。