一种采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝成形方法

摘要

一种采用特殊坡口‑双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝成形方法，本发明涉及超高强钢异种焊接领域。本发明为了解决现有超高强钢异种焊接单丝填充存在的焊接效率低下、焊缝区偏向低熔点低强一侧导致接头结合强度低以及焊缝区组织性能变化梯度大的问题。方法：在V型坡口基础上，使用碳弧气刨对强度较高钢板一侧开凹槽以使焊缝两侧熔敷金属量一致，同时采用材料性能不同的焊丝分别填充超高强钢异种板两侧，以缓和焊缝区以及熔合区力学性能骤变。本发明两种强度焊丝的引入使得焊缝区的晶粒组织及性能过渡更为缓和，避免了接头性能组织的大梯度变化，提高了异种焊接接头的使用安全性。本发明用于超高强钢板的异种连接。

说明书

技术领域

本发明涉及超高强钢异种焊接领域。

背景技术

现如今，随着潜水、航天以及军事防护等领域的不断发展，对特种钢冶炼技术和工艺提出了新的挑战。35CrMnSiA是一种抗拉强度>1850MPa的超高强防护钢板，在上述领域具有广泛地应用前景。然而，为了提高材料利用率，使结构设计更为合理，异种材料连接不可或缺。但是35CrMnSiA相比一般高强钢具有更细的晶粒组织以及更高的熔点，在与Q550D焊接时焊缝严重偏向Q550D一侧而造成35CrMnSiA熔化较少，严重影响接头强度。

另外，Q550D抗拉强度与硬度与35CrMnSiA存在较大差异，单丝填充时熔敷金属强度与两侧钢板性能均存在一定差距，这就造成焊接接头各位置力学性能变化梯度较大，且性能差异较大组织间凝固时也会产生较大的残余应力，严重影响接头使用安全，尤其在焊接中厚板时，单丝填充不仅焊接效率低下，接头性能也亟待提高。

发明内容

本发明为了解决现有超高强钢异种焊接单丝填充存在的焊接效率低下、焊缝区偏向低熔点低强一侧导致接头结合强度低以及焊缝区组织性能变化梯度大的问题，而提供一种采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝成形方法。

一种采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝成形方法，具体按以下步骤进行：

一、将待焊两种高强钢板件进行清洗、打磨和开坡口处理；

二、将步骤一处理的待焊板件使用夹具固定，调整MAG焊枪两丝间距并垂直于焊道放置；

三、设置MAG焊接参数，进行焊接，第一道为双丝MAG焊，具体参数为：MAG焊接电流120～140A，焊接电压22～25V，焊接速度450～500mm/min，两焊丝夹角10～15°，焊丝间距11～15mm；

第二道为单丝摆动盖面焊接，具体参数为：MAG焊接电流90～110A，焊接电压19～21V，摆弧宽度18～23mm，摆弧频率0.8～1.5hz，焊接速度200～300mm/min；

四、步骤三焊接后自然冷却，再进行消氢处理，完成焊接。

进一步的，步骤一所述高强钢板件分别为Q550D和35CrMnSiA，厚度相同均为20～25mm。

进一步的，步骤一所述Q550D侧坡口为V形坡口，30CrMnMoRe侧在V形坡口的基础上使用碳弧气刨在V形坡口下端加工出高度为9～11mm的半S形凹槽。

进一步的，步骤一所述V形坡口加工角度30～45°。

进一步的，步骤一所述打磨处理为对坡口两侧20mm内表面进行打磨处理使之露出金属外表，并清除待焊区50mm范围内铁锈、油污。

进一步的，步骤三所述Q550D侧填充焊丝为JM58，30CrMnMoRe侧填充焊丝为ER140S-G。

进一步的，两种焊丝具有独立的送丝机构，JM58填丝速度为100～150cm/min，ER140S-G填丝速度为150～200cm/min。

进一步的，步骤三所述第二道焊接前控制层间温度为100～150℃。

进一步的，步骤三所述第二道焊缝填充焊丝为ER120S-G，填丝速度为200～300cm/min。

进一步的，步骤三所述第二道焊缝填充焊丝为ER120S-G，填丝速度为230～270cm/min。

本发明为了解决35CrMnSiA一侧由于熔点较高难以熔敷的情况，在该侧V形破口基础上借助碳弧气刨加工一个半S形凹槽，并采用热输入较大的ER140S-G焊丝进行填充。双丝MAG焊的引用，除了解决了焊缝区熔敷金属偏向低熔点的Q550D一侧的问题外，两种强度焊丝的引入使得焊缝区的晶粒组织及性能过渡更为缓和，避免了接头性能组织的大梯度变化，提高了异种焊接接头的使用安全性。

本发明的有益效果是：

本发明通过在高熔点高强度35CrMnSiA一侧开半S+上V形坡口以增大该侧的填丝量。相比常规V形坡口，35CrMnSiA侧由于半S形坡口的存在变相降低了焊接钢板厚度，使得在热输入变化不大的情况下仍能熔透且能够填充更多焊接材料。另外相比简单的增大高熔点一侧热输入，不对称的焊接坡口设计使得的焊接温度场不过分复杂，且参数控制较为简易，避免了低熔点母材的烧穿。

本发明通过引入双丝MAG焊接第一道焊缝。相比单丝填充，双丝填充具有更高的焊接效率，这在焊接中厚板时尤为明显。在焊缝成形方面，单丝焊接强度差异较大钢种往往需要借助摆动以使焊缝区对称，而摆动路径、左右停留时间则需根据两侧钢种的可熔透厚度进行调整，增加了焊接工作量；接头性能分布方面，由于Q550D与35CrMnSiA母材硬度与强度差距较大，单焊丝填充使焊缝区熔敷金属与两侧母材性能均存在一定差距，造成接头各位置性能差异。而采用双丝焊接不仅能够优化了生产过程，提高了焊接生产效率，同时缓和接头组织性能骤变，起到均匀化焊缝的作用。

本发明用于超高强钢板的异种连接。

附图说明

图1为实施例一采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝成形示意图；其中1代表Q550D钢板，2代表35CrMnSiA，3代表半S形坡口，4代表双丝间距及夹角，5代表JM58焊丝，6代表ER140S-G焊丝；

图2为实施例一采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝与单丝填充硬度分布图，1代表实施例一(双丝填充)，2代表单丝填充。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝成形方法，具体按以下步骤进行：

一、将待焊两种高强钢板件进行清洗、打磨和开坡口处理；

二、将步骤一处理的待焊板件使用夹具固定，调整MAG焊枪两丝间距并垂直于焊道放置；

三、设置MAG焊接参数，进行焊接，第一道为双丝MAG焊，具体参数为：MAG焊接电流120～140A，焊接电压22～25V，焊接速度450～500mm/min，两焊丝夹角10～15°，焊丝间距11～15mm；

第二道为单丝摆动盖面焊接，具体参数为：MAG焊接电流90～110A，焊接电压19～21V，摆弧宽度18～23mm，摆弧频率0.8～1.5hz，焊接速度200～300mm/min；

四、步骤三焊接后自然冷却，再进行消氢处理，完成焊接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述高强钢板件分别为Q550D和35CrMnSiA，厚度相同均为20～25mm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述Q550D侧坡口为V形坡口，30CrMnMoRe侧在V形坡口的基础上使用碳弧气刨在V形坡口下端加工出高度为9～11mm的半S形凹槽。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述V形坡口加工角度30～45°。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一所述打磨处理为对坡口两侧20mm内表面进行打磨处理使之露出金属外表，并清除待焊区50mm范围内铁锈、油污。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三所述Q550D侧填充焊丝为JM58，30CrMnMoRe侧填充焊丝为ER140S-G。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：两种焊丝具有独立的送丝机构，JM58填丝速度为100～150cm/min，ER140S-G填丝速度为150～200cm/min。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三所述第二道焊接前控制层间温度为100～150℃。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三所述第二道焊缝填充焊丝为ER120S-G，填丝速度为200～300cm/min。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三所述第二道焊缝填充焊丝为ER120S-G，填丝速度为230～270cm/min。其它与具体实施方式一至九之一相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

实施例一：

本实施例一种采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝成形方法，具体按以下步骤进行：

一、将待焊20mm厚的Q550D和35CrMnSiA两种高强钢板件进行清洗，两侧开V形坡口，坡口角度30°，30CrMnMoRe侧在V形坡口的基础上使用碳弧气刨在V形坡口下端加工出高度为10mm的半S形凹槽，最大凹陷距离3mm，并对坡口两侧20mm内表面进行打磨处理使之露出金属外表，并清除待焊区50mm范围内铁锈、油污；

二、将步骤一处理后的待焊板件使用夹具固定，调整MAG焊枪两丝间距并垂直于焊道放置；

三、设置MAG焊接参数，第一道为双丝MAG焊，Q550D侧填充焊丝为JM58，填丝速度为120cm/min；30CrMnMoRe侧填充焊丝为ER140S-G，填丝速度为180cm/min；具体参数为：MAG焊接电流131A，焊接电压23V，焊接速度450mm/min，两焊丝夹角10°，焊丝间距14mm，待焊缝温度降至120℃，进行盖面焊接；

第二道为单丝摆动盖面焊接，ER120S-G焊丝填充，具体参数为：MAG焊接电流100A，焊接电压19V，摆弧宽度20mm，摆弧频率1hz，焊接速度230mm/min；

四、步骤三焊接后自然冷却，再进行消氢处理，完成焊接。

图1为实施例一采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝成形示意图；其中1代表Q550D钢板，2代表35CrMnSiA，3代表半S形坡口，4代表双丝间距及夹角，5代表JM58焊丝，6代表ER140S-G焊丝。

图2为实施例一采用特殊坡口-双丝MAG焊控制高强钢异种焊缝与单丝填充硬度分布图，其中1代表实施例一(双丝填充)，2代表单丝填充。

本实施例实现了抗拉强度差距超过1000MPa异种超高强钢板的连接，测量焊缝维氏显微硬度，观察到使用双丝填充可明显降低焊缝性能变化梯度大小，同时焊缝两侧对称分布，未发生明显偏向。