[发明专利]低合金高强钢药芯焊丝气体保护焊接方法

说明书

本发明涉及一种低合金高强钢药芯焊丝气体保护焊接方法，其步骤包括：选用相同的低合金高强钢板组合对接，所述钢板的屈服强度小于等于690MPa；采用V型坡口，坡口背面设置垫板；当钢板壁厚小于等于15mm时，坡口面角度为25～50°，组对间隙为6～12mm，组对后坡口的开口宽度为16～45mm；当钢板壁厚大于15mm时，坡口面角度为20～40°，组对间隙为6～12mm，组对后坡口的开口宽度为20～60mm；采用熔化极气体保护焊接工艺，保护气体为氩气和二氧化碳的混合气体，根据不同的壁厚和坡口宽度，选择相应的焊道排布方式和焊丝摆动方式；焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝直径和保护气体流量满足一定条件。本发明能够提高焊接接头疲劳性能和延长服役寿命。

技术领域

本发明涉及低合金高强钢焊接技术，特别涉及一种低合金高强钢药芯焊丝气体保护焊接方法。

背景技术

低合金高强钢具有良好的强韧性与焊接性，其在很多工业领域如工程机械、海洋结构、轨道车辆、重型能源装备等得到广泛应用，由低合金高强钢制造的焊接结构多应用在这些领域的交变动载场合。焊接结构是用焊接方法制造的金属结构，由于焊接过程本身的非平衡加热与冷却以及由此引起的非平衡固态相变，使得焊接接头往往成为整个焊接结构的薄弱环节，尤其是在承受交变动载荷时焊接接头的承受能力远低于母材，焊接接头性能弱化易造成制造与服役过程中的各种结构失效，其中焊接接头疲劳失效是结构失效的主要形式。金属材料基体的疲劳失效过程通常包括疲劳裂纹萌生、裂纹稳定扩展与失稳断裂三个阶段，疲劳裂纹萌生这一阶段占据了疲劳寿命的大部分。而焊接接头的疲劳失效过程与金属材料基体的最大区别是焊接过程中产生大量宏观或微观不连续初始疲劳裂纹源，特别是表面焊趾部位的微观缺陷，因此无需经疲劳裂纹萌生阶段则直接进入裂纹稳定扩展阶段。同时，焊接过程产生的残余拉应力、由焊趾几何因素产生的应力集中促进了初始疲劳裂纹的扩展，加速疲劳失效过程，主要表现为疲劳强度和疲劳寿命的降低。

中国专利20098080000219.9公开了一种焊接接头及其制造方法，通过发挥超声波冲击处理效果，控制焊缝金属以及母材的焊接热影响区的硬度与母材的硬度之比，抑制焊趾部等发生裂纹，以提高焊接接头的耐疲劳特性。中国专利200710159341.3公开了焊接接头通过焊趾TIG重熔后跟随激冷处理来调整焊趾残余应力场以提高接头疲劳强度的压缩应力场的一种焊后处理方法。中国专利201610717398.X公开了一种提高焊接接头疲劳性能的超声滚压复合激光重熔方法，通过激光重熔技术实现焊接接头表面改性后，再进行超声表面滚压处理实现机械强化。从上述专利来看，适用于提高动载工业结构焊接接头疲劳性能的方法主要涉及两个方面：一、改善焊趾几何形貌，消除焊趾附近在焊接过程中形成的微小冶金缺陷，使得焊趾和母材过渡均匀，从而降低应力集中度；二、减小或消除焊接残余拉应力，或引入残余压应力场，提高焊趾附近局部塑性变形能力。但是，这些方法基本都属于焊后处理技术，需要在建造施工现场、结构件车间完成主体结构组装与焊接后，在线或离线进行焊接接头后处理，增加了产品生产周期和成本。而且，如果不能有效控制后处理技术细节，反而会导致焊接接头疲劳性能下降，例如焊趾部位超声冲击处理，很容易使该部位形成附加微裂纹或使原有咬边尺寸增大，成为服役过程中的疲劳裂纹源而加速结构失效。

中国专利200510013182.7公开了一种提高焊接接头疲劳性能的药芯焊丝，其焊缝金属组织为低碳马氏体组织，在低温下产生较大相变膨胀量使焊缝金属的残余拉伸应力降低或产生压缩应力，从而提高焊接接头疲劳性能，但这类焊材为高Cr、Ni以及低碳合金成分设计，成本非常高，批量应用前景尚不明确。另外，合金含量提高后，盖面焊道铺展性变差，不利于焊趾均匀平滑过渡，反而会造成疲劳性能下降。

因此，亟待开发一种适用于工业领域交变动载场合的高性价比焊接方法，无需大幅度改变现场焊接施工条件，能实现稳定的焊接质量并提高焊接接头的疲劳性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低合金高强钢药芯焊丝气体保护焊接方法，通过设置合理的焊接接头坡口形式和焊接工艺参数组合，以及结合焊接过程的质量控制，能得到整体质量良好、盖面焊缝铺展均匀、焊趾过渡平滑的对接焊接接头。