[发明专利]1000MPa高强度钢不预热组合焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度钢的不预热组合焊接方法，特别涉及一种用于1000MPa高强度钢焊接结构的不预热、不进行焊后热处理和组合焊接方法，属于焊接技术领域。

背景技术

随着钢铁结构强度级别的日益提高，高技术含量、高附加值的抗拉强度1000MPa的低合金高强度钢越来越受到人们的关注，其中1000MPa高强度钢焊接结构不仅能在工程领域满足其强度要求，更能实现结构轻量化的战略目标，提高材料利用率和降低结构重量，在矿山装备、煤矿机械等工程领域有着广阔的应用前景。

1000MPa高强度钢强度级别较高，在工程应用中作为承载结构有独特的性能优势，但1000MPa高强度钢成形工艺复杂、淬硬性大，在焊接中易出现冷裂纹等缺陷，对焊接工艺和焊接接头质量要求较高。目前在焊接生产中，这类高强度钢焊接多采用焊前预热、焊后热处理的工艺措施，通过熔化极氩弧焊（MIG）或混合气体保护焊（MAG）等机械化或半机械化方法配合等强匹配焊材进行焊接。但这种焊接方法工艺复杂，焊接过程繁琐，生产成本较高。特别是实际生产中大型焊接结构难以实现预热和焊后热处理，同时对焊接工艺过程和热输入要求严格，如预热温度过低易产生焊接裂纹，预热温度过高易造成焊接热影响区软化，导致焊接接头质量难以满足使用要求。

中国发明专利ZL200610070181.0和ZL200910019599.2分别提出800MPa和900MPa高强度钢的不预热焊接工艺，可以实现部分高强度钢的不预热焊接。但采用这两项技术难以实现更高强度级别1000MPa高强度钢的焊接。目前针对1000MPa高强度钢的焊接仍是采用预热焊接方法。若能在不预热、不焊后热处理条件下，实现对1000MPa高强度钢的焊接，对简化焊接工艺、改善劳动条件和降低生产成本将有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种1000MPa高强度钢不预热组合焊接方法，技术特点是：打底层采用低匹配690MPa高韧性焊丝钨极氩弧焊，填充层采用900MPa高强高韧性实芯焊丝Ar+CO₂混合气体保护焊，盖面层采用760MPa药芯焊丝Ar+CO₂混合气体保护焊；焊接过程控制层间温度100～150℃，焊后立即用硅酸铝保温材料覆盖焊接区保温缓冷。这种方法适用于1000MPa高强度钢以及1000MPa/800MPa高强异种钢的不预热组合焊接，可获得外观光洁美观的焊接接头，焊缝中下贝氏体和铁素体形态以细针状分布，能够起到抑制微裂纹萌生和扩展的作用。焊接热影响区中形成强韧性较好的低碳马氏体和下贝氏体混合组织，消除热影响区的软化问题。采用这种不预热组合焊接方法获得的焊接接头抗拉强度900～980MPa、焊缝金属-20℃条件下的冲击吸收功大于47J，可满足其使用要求。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

1000MPa高强度钢不预热组合焊接方法，工艺步骤如下：

（1）在待焊工件接头处开双面V形坡口，坡口角度为50°～60°，钝边2～3mm；

（2）用手动砂轮片打磨坡口及坡口两侧20～30mm的表面，去除铁锈和油污，露出金属光泽，用无水乙醇和丙酮将打磨后的坡口及表面清洗干净；

（3）采用填丝钨极氩弧焊打底焊，填充“低强匹配”690MPa高韧性焊丝，用纯氩气保护，焊接参数为：钨极直径2.4mm，直流正极性；填充焊丝直径2.0mm，焊接电压12～14V，焊接电流90-180A，保护气体流量12～20L/min。

（4）填充焊采用900MPa高强高韧性实芯焊丝Ar+CO₂混合气体保护多道多层焊，控制层间温度100～150℃，焊接参数为：焊丝直径1.2mm，焊接电压30～33V，焊接电流280～380A，焊接热输入控制在12～20kJ/cm，保护气体流量14～22L/min；焊接过程中严格控制焊接热输入，控制焊接速度，收弧处填满弧坑。

（5）盖面焊采用760MPa高强度钙型碱性药芯焊丝Ar+CO₂混合气体保护，焊接参数为：焊丝直径2.0mm，焊接电压24～28V，焊接电流220～360A，焊接热输入控制在12～20kJ/cm，保护气体流量16～22L/min，焊丝伸出长度18～25mm；焊接过程中控制焊接速度，焊后用硅酸铝保温材料覆盖焊接接头区域，使之保温缓慢冷却。