專利名稱：一種超厚度高強水電用鋼的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，涉及一種超厚高強水電用鋼的焊接方法，不僅適用于超厚 度高強水電用鋼的焊接，也適用于其他超厚低合金鋼的焊接。
背景技術(shù)：
隨著國內(nèi)水電站水頭越來越大，單機裝機容量愈來愈大，水電用鋼開始逐步向高 強度、大厚度的方向發(fā)展。為適應我國水電工程建設的需要，首鋼成功研制了一種超厚度 610MPa級別的水電用鋼，厚度規(guī)格達到150mm，其綜合力學性能亦達到國外同類產(chǎn)品的產(chǎn) 品，填補了國內(nèi)空白。但是，關(guān)于這種超厚度規(guī)格的高強水電用鋼鋼板的焊接國內(nèi)還沒有相 關(guān)報道，因此迫切需要開發(fā)出適合這種超厚度高強水電用鋼的焊接工藝。大厚度610MPa的高強水電用鋼的現(xiàn)場焊接主要采用手工電弧焊的方法，焊接效 率低，焊道間需要敲渣、打磨，而且在焊接過程中還易出現(xiàn)未熔合、冷裂紋和接頭脆化等問 題，尤其是在這種超厚度情況下，這些問題更加嚴重。目前，國內(nèi)針對超厚鋼板的焊接，普遍 采用專用窄間隙焊接設備進行焊接，但大多針對一些大厚度Cr-Mo中高溫容器用鋼，還沒 有相關(guān)高強水電用鋼窄間隙氣保護焊焊接的報道。而且由于窄間隙焊接設備非常貴重，且 水電站施工現(xiàn)場條件惡劣，這種工藝并不適合水電工程現(xiàn)場施工，因此迫切需要開發(fā)出一 種既簡潔而有效的且適合超厚度高強水電用鋼的焊接方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決大厚度610MPa的高強水電用鋼的現(xiàn)場焊接采用手工電弧 焊的方法，焊接效率低，焊道間需要敲渣、打磨，而且在焊接過程中還易出現(xiàn)未熔合、冷裂紋 和接頭脆化等問題。一種超厚度高強水電用鋼的焊接方法，其特征是包含以下步驟(1)采用抗拉強度610MPa 720MPa，屈服強度大于490MPa，延伸率大于17%，1/4 板厚處_20°C沖擊吸收功為100-250J的鋼，其厚度為145 155mm，采用同厚度鋼板平板對 接的方式；(2)為避免超厚鋼板中易出現(xiàn)焊接冷裂紋、未熔合等焊接缺陷，焊前145 155mm 厚鋼板預熱100°C，層間溫度保持在100 160°C之間，焊后不進行熱處理消應，避免了高強 水電用鋼焊接接頭再熱脆化的問題。(3)為實現(xiàn)高效焊接，減少焊絲填充量，確保不出現(xiàn)焊接缺陷，采取不對稱U型坡 口，鈍邊a為3-5mm，間隙b為2-4mm，上坡口錐度為18°，下坡口錐度為16°，上下坡口底 部的圓弧半徑R為7. 5 8. 5 ；具體坡口形式見圖1所示。(4)匹配的焊絲選用直徑為01. 2的大西洋產(chǎn)CHW-65A，熔覆金屬抗拉強度大于 610MPa，焊條選用上海電力的J607RH，焊條直徑為04. 0。(5)焊接方式采用混合焊接方式，底部打底和底部填充采用手工焊工藝，中間填充 和蓋面部分采用富氬混合保護氣體焊工藝，具體焊接工藝參數(shù)如下手工電弧焊工藝參數(shù)為焊接電流160 175A，焊接電壓24 28V，焊接速度為9 12cm/min ；80 % Ar+20 % CO2 混合氣保護焊焊接工藝參數(shù)焊接電流250 270A，焊接電壓26 30V，焊接速度4 5mm/ s，氣體流量為20 25L/min。焊后不進行熱處理消應。所述145 155mm厚高強水電用鋼的化學成分及重量百分比為C彡0. 15， Si 0. 15 0. 40，Mn 1. 0 1. 6，Ni 彡 0. 7，Mo 彡 0. 5，Cr 彡 0. 5，B 彡 0. 004，V 彡 0. 01， Nb^O. 05, Ti ^0. 05, S ^ 0. 005, P ^ 0. 005，其余為 Fe 及雜質(zhì)元素，該鋼 Pcm 為 0. 27，抗 拉強度610MPa 720MPa，屈服強度大于490MPa，延伸率大于17%，1/4板厚處-20°C沖擊吸 收功為100-250J ；焊后接頭部位的抗拉強度大于610MPa，屈服強度大于490MPa，延伸率大 于17%，180° D = 3a彎曲時完好，焊縫、熔合線及熔合線外1. Omm處熱影響區(qū)-20°C沖擊 吸收功大于47J。為避免超厚鋼板中易出現(xiàn)焊接冷裂紋、未熔合、接頭脆化等焊接問題，改變其手工 電弧焊焊接效率低下的現(xiàn)狀，采用混合焊接方式焊接，手工焊打底及底部填充，中間層和蓋 面部分采用氣保護焊焊接的混合焊接，均為多層多道施焊，單面填滿后，進行碳弧氣刨清 根。為保證焊縫、熔合線及熔合線1. Omm外-20°C沖擊吸收功大于47J的要求，焊接熱 輸入控制在65kJ/cm以內(nèi)。本發(fā)明與現(xiàn)狀相比(1)所需焊接設備簡單，不必購買貴重的窄間隙焊接設備；在現(xiàn)有設備的基礎(chǔ)上 通過組合焊接工藝焊接，減少了焊接金屬填充量，達到了窄間隙的焊接效果。(2)相對于手工電弧焊，該方法大大提升了超厚鋼板的焊接效率，且減少了超厚度 鋼板手工電弧焊易產(chǎn)生冷裂紋、未熔合及接頭脆化等焊接缺陷產(chǎn)生幾率。(3)通過控制焊接工藝，有效的保證了焊接質(zhì)量，確保了焊接接頭各區(qū)域-20°C沖 擊韌性大于47J，抗拉強度大于610MPa的要求，并且有較大的富余量。(4)混合焊接方式，避免了單一氣保護焊焊槍無法深入到坡口內(nèi)，且坡口的設計， 減少了焊絲填充量，確保了高效高質(zhì)量的焊接。另外錘擊消應的方式，降低了高強水電用鋼 超厚板熱處理消應易產(chǎn)生再熱脆化的問題。


圖1為焊接的鋼板組合厚度為150mm+150mm的坡口示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明做進一步說明實施案例1基材150mm厚610MPa級別07MnCrMoVR高強水電用鋼，抗拉強度為670MPa，調(diào)質(zhì) 態(tài)，焊接鋼板組合為150mm+150mm。試板尺寸為600mmX 230mmX 150mm，焊接坡口采用不對 稱U型坡口，坡口尺寸見圖所示。焊接材料手工電焊條直徑為04. Omm;熔敷金屬的力學性能為ReL :540MPa, Rm 660MPa, A 22%, -20°C AKV沖擊功為150J ；氣保護焊絲直徑為01. 2mm，熔敷金屬的力學性 能為 ReL :540MPa, Rm :660MPa，A 22%, -20°C AKV 沖擊功為 150J。
焊接工藝采用混合焊接工藝進行150mm厚鋼板焊接，底部區(qū)域采用手工電弧焊 工藝焊接，其工藝參數(shù)為焊接電流160A，焊接電壓27V，焊接速度lOcm/min，焊接線能量
25.9kJ/cm;中間區(qū)域及表面區(qū)域采用80% Ar+20% C02氣保護焊焊接，其工藝參數(shù)為焊 接電流270A，氣保護焊焊接電壓30V，氣保護焊焊接速度5mm/s，氣體流量25L/min，熱輸入 16. 2kJ/cm。預熱溫度為100°C，層間溫度控制在100°C _180°C之間。焊道間采用振動消應 的方式，以避免焊后熱處理消應焊接接頭出現(xiàn)的再熱脆化現(xiàn)象。采用上述工藝對150mm厚07MnCrMoVR高強水電用鋼進行焊接。焊后，其接頭抗拉 強度為655MPa，屈服強度為535MPa，斷裂位置為母材，熱影響區(qū)_20°C Akv沖擊吸收功平均 值為167J，焊縫-20°C Akv沖擊吸收功平均值為80J。實施案例2基材150mm厚610MPa級別07MnCrMoVR高強水電用鋼，抗拉強度為690MPa，調(diào)質(zhì) 態(tài)，焊接鋼板組合為150mm+150mm。試板尺寸為600mmX 230mmX 150mm，焊接坡口采用不對 稱U型坡口，坡口尺寸見圖所示。焊接材料手工電焊條直徑為04. Ornrn;熔敷金屬的力學性能為ReL :540MPa, Rm 660MPa, A 22%, -20°C AKV沖擊功為150J ；氣保護焊絲直徑為01. 2mm，熔敷金屬的力學性 能為 ReL :540MPa, Rm :660MPa，A 22%, -20°C AKV 沖擊功為 150J。焊接工藝采用混合焊接工藝進行150mm厚鋼板焊接，底部區(qū)域采用手工電弧焊 工藝焊接，其工藝參數(shù)為焊接電流170A，焊接電壓26V，焊接速度lOcm/min，焊接線能量
26.5kJ/cm;中間區(qū)域及表面區(qū)域采用80% Ar+20% C02氣保護焊焊接，其工藝參數(shù)為焊 接電流260A，氣保護焊焊接電壓30V，氣保護焊焊接速度4mrn/s，氣體流量25L/min，熱輸入 19. 5kJ/cm。預熱溫度為100°C，層間溫度控制在100°C _180°C之間。焊道間采用振動消應 的方式，以避免焊后熱處理消應焊接接頭出現(xiàn)的再熱脆化現(xiàn)象。采用上述工藝對150mm厚07MnCrMoVR高強水電用鋼進行焊接。焊后，其接頭抗拉 強度為665MPa，屈服強度為565MPa，斷裂位置為母材，熱影響區(qū)_20°C Akv沖擊吸收功平均 值為177J，焊縫-20°C Akv沖擊吸收功平均值為75J。實施案例3基材150mm厚610MPa級別07MnCrMoVR高強水電用鋼，抗拉強度為680MPa，調(diào)質(zhì) 態(tài)，焊接鋼板組合為150mm+150mm。試板尺寸為600mmX 230mmX 150mm，焊接坡口采用不對 稱U型坡口，坡口尺寸見圖1所示。焊接材料手工電焊條直徑為04. Omm;熔敷金屬的力學性能為ReL :540MPa, Rm 660MPa, A 22%, -20°C AKV沖擊功為150J ；氣保護焊絲直徑為01. 2mm，熔敷金屬的力學性 能為 ReL :540MPa, Rm :660MPa，A 22%, -20°C AKV 沖擊功為 150J。焊接工藝采用混合焊接工藝進行150mm厚鋼板焊接，底部區(qū)域采用手工電弧焊 工藝焊接，其工藝參數(shù)為焊接電流160A，焊接電壓28V,焊接速度llcm/min，焊接線能量 24. 4kJ/cm ；中間區(qū)域及表面區(qū)域采用80% Ar+20% C02氣保護焊焊接，其工藝參數(shù)為焊 接電流270A，氣保護焊焊接電壓28V，氣保護焊焊接速度4mm/s，氣體流量25L/min，熱輸入 18.9kJ/cm。預熱溫度為100°C，層間溫度控制在100°C _180°C之間。焊道間采用振動消應 的方式，以避免焊后熱處理消應焊接接頭出現(xiàn)的再熱脆化現(xiàn)象。采用上述工藝對150mm厚07MnCrMoVR高強水電用鋼進行焊接。焊后，其接頭抗拉強度為675MPa，屈服強度為565MPa，斷裂位置為母材，熱影響區(qū)_20°C Akv沖擊吸收功平均 值為170J，焊縫-20°C Akv沖擊吸收功平均值為80J。
權(quán)利要求
一種超厚度高強水電用鋼的焊接方法，其特征是包含以下步驟(1)采用抗拉強度610MPa～720MPa，屈服強度大于490MPa，延伸率大于17％，1/4板厚處 20℃沖擊吸收功為100 250J的鋼，鋼板厚度為145～155mm，采用同厚度鋼板平板對接的方式；(2)為避免超厚鋼板中易出現(xiàn)焊接冷裂紋、未熔合等焊接缺陷，焊前145～155mm厚鋼板預熱100℃，層間溫度保持在100～160℃之間，焊后不進行熱處理消應，避免了高強水電用鋼焊接接頭再熱脆化的問題；(3)為實現(xiàn)高效焊接，減少焊絲填充量，確保不出現(xiàn)焊接缺陷，采取不對稱U型坡口，鈍邊a為3 5mm，間隙b為2 4mm，上坡口錐度為18°，下坡口錐度為16°，上下坡口底部的圓弧半徑R為7.5～8.5；(4)匹配的焊絲選用直徑為的大西洋產(chǎn)CHW 65A，熔覆金屬抗拉強度大于610MPa，焊條選用上海電力的J607RH，焊條直徑為(5)焊接方式采用混合焊接方式，底部打底和底部填充采用手工焊工藝，中間填充和蓋面部分采用富氬混合保護氣體焊工藝，具體焊接工藝參數(shù)如下手工電弧焊工藝參數(shù)為焊接電流160～175A，焊接電壓24～28V，焊接速度為9～12cm/min；80％Ar+20％CO2混合氣保護焊焊接工藝參數(shù)焊接電流250～270A，焊接電壓26～30V，焊接速度4～5mm/s，氣體流量為20～25L/min。焊后不進行熱處理消應。FSA00000223946300011.tif,FSA00000223946300012.tif
2.如權(quán)利要求1所述的一種超厚度高強水電用鋼的焊接方法，其特征為所述145 155mm厚高強水電用鋼的化學成分及重量百分比為C彡0. 15，Si 0.15 0.40，Mn 1. 0 1. 6，Ni 彡 0. 7, Mo 彡 0. 5, Cr 彡 0. 5，B 彡 0. 004，V 彡 0. 01，Nb 彡 0. 05，Ti 彡 0. 05,S^ 0. 005， P彡0. 005，其余為Fe及雜質(zhì)元素，該鋼Pcm為0. 27，抗拉強度6IOMPa 720MPa,屈服強度 大于490MPa，延伸率大于17%，1/4板厚處-20°C沖擊吸收功為100-250J ；焊后接頭部位的 抗拉強度大于610MPa，屈服強度大于490MPa，延伸率大于17%，180° D = 3a彎曲時完好， 焊縫、熔合線及熔合線外1. Omm處熱影響區(qū)-20°C沖擊吸收功大于47J。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超厚度高強水電用鋼的焊接方法，其特征為采用混合 焊接方式焊接，手工焊打底及底部填充，中間層和蓋面部分采用氣保護焊焊接的混合焊接， 均為多層多道施焊，單面填滿后，進行碳弧氣刨清根。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超厚度高強水電用鋼的焊接方法，其特征為為保證焊 縫、熔合線及熔合線1. Omm外-20°C沖擊吸收功大于47J的要求，焊接熱輸入控制在65kJ/ cm以內(nèi)。
全文摘要
一種超厚高強水電用鋼的焊接方法，屬于焊接領(lǐng)域。本發(fā)明采用混合焊接方式焊接，手工焊打底及底部填充，中間層和蓋面部分采用氣保護焊焊接的混合焊接，均為多層多道施焊，單面填滿后，進行碳弧氣刨清根。焊接熱輸入控制在65kJ/cm以內(nèi)。焊接坡口采用不對稱U型坡口，焊前145～155mm厚鋼板預熱100℃，層問溫度保持在100～160℃之間，焊后不進行熱處理消應，避免了高強水電用鋼焊接接頭再熱脆化的問題。本發(fā)明所需焊接設備簡單，在現(xiàn)有設備的基礎(chǔ)上通過組合焊接工藝焊接，減少了焊接金屬填充量，達到了窄間隙的焊接效果。相對于手工電弧焊，該方法大大提升了超厚鋼板的焊接效率，且減少了超厚度鋼板手工電弧焊易產(chǎn)生冷裂紋、未熔合及接頭脆化等焊接缺陷產(chǎn)生幾率。
文檔編號B23K9/095GK101905365SQ20101024975
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者張熹, 曾宇波, 王劍, 王威, 章軍, 肖可畏, 許良紅, 郭占山, 陳延清, 齊建 申請人:首鋼總公司;中國水利水電第八工程局有限公司三峽機電制造安裝項目部