一种Q420高强度钢厚板的焊剂铜衬垫法埋弧焊工艺制造技术

本发明专利技术提出了一种Q420高强度钢厚板的焊剂铜衬垫法埋弧焊工艺，其特征在于，包括以下步骤：在待焊钢板为Q420高强度钢厚板的焊接处加工Y型焊接坡口；进行定位焊缝的焊接；在Y型焊接坡口的两端分别焊接引弧板和熄弧板；在焊接坡口两端焊接阶梯式拘束焊缝；对铜衬垫表面的熔渣及杂物进行清理，然后将背面焊剂铺撒在铜衬垫上，再将铜衬垫对中坡口中心后紧贴焊接坡口背面；选择合适的焊接材料、合适的电极焊接参数进行焊接；焊接结束后，对起弧端、收弧端的拘束焊缝位置未焊透缺陷进行气刨清理，并对气刨坡口进行补焊。本发明专利技术能有效地解决Q420高强度钢厚板在大热输入焊接工艺下焊接接头力学性能严重弱化的问题，能够实现焊剂铜衬垫法埋弧焊高效焊接工艺在Q420高强钢厚板上的应用。

Submerged arc welding of Q420 high strength steel plate with flux copper backing

【技术实现步骤摘要】
一种Q420高强度钢厚板的焊剂铜衬垫法埋弧焊工艺
本专利技术涉及高强度钢厚板焊接工艺，具体涉及一种Q420高强度钢厚板的焊剂铜衬垫法埋弧焊工艺。
技术介绍
随着桥梁、隧道等建筑的技术指标、寿命要求的提高，其承力的钢筋混凝土结构已经逐渐被高强度结构钢的设计结构所替代，设计采用的钢材也在朝着高强度大厚度方向发展。Q420是一种屈服强度级别大于等于420MPa的低合金高强度结构钢，已经被应用于桥梁建筑的钢箱梁结构、桁架结构，隧道建筑的钢壳结构等。在Q420高强度钢厚板的焊接中，传统上采用手工焊条电弧焊、半自动二氧化碳气体保护焊、单丝埋弧焊的焊接方式，焊接热输入较低，而且单道焊缝焊接填充量有限，无法实现一次成形焊接工艺，对于40mm厚的Q420高强度钢厚板而言，通常需要进行多层多道焊，道间还要进行严格的清渣工作，以避免焊缝内部出现夹渣，严重阻碍了焊接效率的提高。焊剂铜衬垫法埋弧焊，简称FCB埋弧焊，为单面焊双面成形埋弧焊技术，焊接过程采用双丝或三丝进行焊接，待焊钢板坡口背面设置铜衬垫和背面焊剂，能够对背面焊缝强制成形并且保护焊缝背面，待焊钢板坡口表面铺撒表面焊剂，保护焊接电弧和表面焊缝。该焊接工艺具有较高的焊接热输入和焊接速度，通常配置于平面分段流水线的拼板工位，可提高拼板焊接效率。然而，FCB埋弧焊为大热输入的焊接技术，通常应用于厚度10-35mm强度和韧性低于DH36的船用钢板焊接，若应用于40mm厚的Q420高强度钢厚板焊接，其热输入高达300kJ/cm(这是由于FCB埋弧焊为一次成形焊接工艺，焊接板厚越大，焊接过程金属填充量更大，要求的焊接热输入更高)，一方面接头热影响区金属受热严重而形成脆化现象，另一方面焊缝金属受热严重而引发合金元素烧损现象，都会降低焊接接头力学性能；而且，相比船用钢板DH36材质，Q420高强钢的碳当量更大，焊接裂纹敏感系数更大，焊接过程形成裂纹的概率更高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种Q420高强度钢厚板的焊剂铜衬垫法埋弧焊工艺，有效地解决大热输入焊接和高速焊接条件下容易引发焊接裂纹缺陷、弱化焊接接头力学性能的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种Q420高强度钢厚板的焊剂铜衬垫法埋弧焊工艺，包括以下步骤：步骤1，在待焊钢板为Q420高强度钢厚板的焊接处加工Y型焊接坡口，其中Y型焊接坡口的相应参数分别为：坡口的角度为43°-47°，钝边为5-7mm，根部间隙0-1mm；加工好后，对Y型焊接坡口面及Y型焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；步骤2，采用半自动式CO2气体保护焊方式进行定位焊缝的焊接，其中定位焊缝的厚度为4-5mm，定位焊缝的长度为50-60mm，焊缝间距为400-500mm；步骤3，采用半自动式CO2气体保护焊的方式在Y型焊接坡口的两端分别焊接引弧板和熄弧板；其中，引弧板、熄弧板与焊接板材的材质、厚度、坡口尺寸、钝边及根部间隙相同；步骤4，在焊接坡口两端焊接阶梯式拘束焊缝，其中焊缝始端拘束焊缝焊接两层：第一层焊缝距待焊钢板始端长度150-170mm，第二层焊缝距待焊钢板始端长度50-70mm；焊缝终端拘束焊缝焊接五层：第一层焊缝距待焊钢板终端长度350-360mm，第二层焊缝距待焊钢板终端长度330-340mm，第三层焊缝距待焊钢板终端长度310-320mm，第四层焊缝距待焊钢板终端长度290-300mm，第五层焊缝距待焊钢板终端长度270-280mm；步骤5，FCB焊接材料采用满足CCS船级社3Y42等级要求的焊丝、表面焊剂、背面焊剂组合；其中，L极焊丝为直径规格为4.8mm的实芯焊丝，T1极焊丝为直径规格为4.8mm的实芯焊丝，T2极焊丝为直径规格为6.4mm的实芯焊丝；步骤6，将干燥的表面焊剂预先添加在焊剂料斗中，并且焊剂料斗保持在75℃～85℃温度；步骤7，对铜衬垫表面的熔渣及杂物进行清理，然后将背面焊剂铺撒在铜衬垫上，铺撒厚度为5mm-6mm，宽度为100mm-120mm；铺撒完成后，将铜衬垫对中坡口中心后紧贴焊接坡口背面，再对待焊钢板表面坡口两侧100mm范围内进行敲击，使背面焊剂能够与待焊钢板背面紧密贴合；步骤8，将各电极对中焊接坡口中心，调节焊枪角度和距离，其中：L极前倾13°，导电嘴到工件距离35mm；T1极前倾0°，导电嘴到工件距离40mm；T2极后倾3°，导电嘴到工件距离45mm；L极与T1极间距35mm，T1极与T2极间距130mm；然后将焊接机头调节至引弧板位置，并在焊丝端部放置引弧棉，打开表面焊剂漏斗开关放下表面焊剂后启动焊接；对焊接过程进行监控，根据焊接状态及时对焊接参数进行微调，并且焊接机头焊接至熄弧板后再熄弧停止焊接；步骤9，焊接结束后，将待焊钢板移动至修补工位，对起弧端、收弧端的拘束焊缝位置未焊透缺陷进行气刨清理，采用机械打磨方式打磨气刨坡口，再采用半自动CO2气体保护焊仰焊方式对气刨坡口进行补焊；气刨坡口补焊完成后再采用机械打磨方式对补焊焊缝表面进行机械打磨，确保补焊焊缝与周围进行能够圆滑过渡。进一步的，步骤2、步骤3及步骤4中，进行焊接时，所采用的药芯焊丝满足AWSA5.29标准中E81T1-K2CJ型号的规定要求。进一步的，步骤4中，拘束焊缝焊接时，均在待焊钢板正式坡口内引弧，并在引弧板、熄弧板内收弧。进一步的，步骤7中，将铜衬垫对中坡口中心后紧贴焊接坡口背面时，衬垫装置内的压力软管气压设置为0.10Mpa-0.12Mpa。进一步的，步骤8中，焊接时，L极、T1极、T2极的电源特性均选择交流特性，焊接速度设置为36cm/min，各电极的焊接参数设置为：L极：焊接电流1430-1470A，焊接电压34-36V；T1极：焊接电流1280-1320A，焊接电压39-41V；T2极：焊接电流1280-1320A，焊接电压45-47V。进一步的，Q420高强度钢厚板的厚度为38～40mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过严格控制焊接坡口参数、严格进行待焊钢板装配和清理、在焊缝的始端和终端焊接阶梯法拘束焊缝、选择合适的焊丝和焊剂组合、匹配合适的焊接工艺参数以控制焊接热输入量进行焊接，实现FCB埋弧焊工艺在Q420高强钢厚板焊接上的应用。本专利技术不仅可以提高Q420高强钢厚板拼板焊接效率，确保Q420高强钢厚板焊接接头的力学性能能够满足标准规范的验收要求，而且还可以有效避免焊接缺陷的产生，使Q420高强钢厚板的高效率、保质量焊接成为可能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为Q420高强度钢厚板的焊接坡口结构示意图；图2为Q420高强度钢厚板焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Q420高强度钢厚板的焊剂铜衬垫法埋弧焊工艺，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，在待焊钢板为Q420高强度钢厚板的焊接处加工Y型焊接坡口，其中Y型焊接坡口的相应参数分别为：坡口的角度为43°-47°，钝边为5-7mm，根部间隙0-1mm；加工好后，对Y型焊接坡口面及Y型焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；/n步骤2，采用半自动式CO2气体保护焊方式进行定位焊缝的焊接，其中定位焊缝的厚度为4-5mm，定位焊缝的长度为50-60mm，焊缝间距为400-500mm；/n步骤3，采用半自动式CO2气体保护焊的方式在Y型焊接坡口的两端分别焊接引弧板和熄弧板；其中，引弧板、熄弧板的材质、厚度、坡口尺寸与焊接板材的相同；/n步骤4，在焊接坡口两端焊接阶梯式拘束焊缝，其中：/n焊缝始端拘束焊缝焊接两层：第一层焊缝距待焊钢板始端长度150-170mm，第二层焊缝距待焊钢板始端长度50-70mm；/n焊缝终端拘束焊缝焊接五层：第一层焊缝距待焊钢板终端长度350-360mm，第二层焊缝距待焊钢板终端长度330-340mm，第三层焊缝距待焊钢板终端长度310-320mm，第四层焊缝距待焊钢板终端长度290-300mm，第五层焊缝距待焊钢板终端长度270-280mm；/n步骤5，FCB焊接材料采用满足CCS船级社3Y42等级要求的焊丝、表面焊剂、背面焊剂组合；其中，L极焊丝为直径规格为4.8mm的实芯焊丝，T1极焊丝为直径规格为4.8mm的实芯焊丝，T2极焊丝为直径规格为6.4mm的实芯焊丝；/n步骤6，将干燥的表面焊剂预先添加在焊剂料斗中，并且焊剂料斗保持在75℃～85℃温度；/n步骤7，对铜衬垫表面的熔渣及杂物进行清理，然后将背面焊剂铺撒在铜衬垫上，铺撒厚度为5mm-6mm，宽度为100mm-120mm；铺撒完成后，将铜衬垫对中坡口中心后紧贴焊接坡口背面，再对待焊钢板表面坡口两侧100mm范围内进行敲击，使背面焊剂能够与待焊钢板背面紧密贴合；/n步骤8，将各电极对中焊接坡口中心，调节焊枪角度和距离，其中：L极前倾13°，导电嘴到工件距离35mm；T1极前倾0°，导电嘴到工件距离40mm；T2极后倾3°，导电嘴到工件距离45mm；L极与T1极间距35mm，T1极与T2极间距130mm；然后将焊接机头调节至引弧板位置，并在焊丝端部放置引弧棉，打开表面焊剂漏斗开关放下表面焊剂后启动焊接；/n对焊接过程进行监控，根据焊接状态及时对焊接参数进行微调，并且焊接机头焊接至熄弧板后再熄弧停止焊接；/n步骤9，焊接结束后，将待焊钢板移动至修补工位，对起弧端、收弧端的拘束焊缝位置未焊透缺陷进行气刨清理，采用机械打磨方式打磨气刨坡口，再采用半自动CO2气体保护焊仰焊方式对气刨坡口进行补焊；气刨坡口补焊完成后再采用机械打磨方式对补焊焊缝表面进行机械打磨，确保补焊焊缝与周围进行能够圆滑过渡。/n...

【技术特征摘要】
1.一种Q420高强度钢厚板的焊剂铜衬垫法埋弧焊工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在待焊钢板为Q420高强度钢厚板的焊接处加工Y型焊接坡口，其中Y型焊接坡口的相应参数分别为：坡口的角度为43°-47°，钝边为5-7mm，根部间隙0-1mm；加工好后，对Y型焊接坡口面及Y型焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；
步骤2，采用半自动式CO2气体保护焊方式进行定位焊缝的焊接，其中定位焊缝的厚度为4-5mm，定位焊缝的长度为50-60mm，焊缝间距为400-500mm；
步骤3，采用半自动式CO2气体保护焊的方式在Y型焊接坡口的两端分别焊接引弧板和熄弧板；其中，引弧板、熄弧板的材质、厚度、坡口尺寸与焊接板材的相同；
步骤4，在焊接坡口两端焊接阶梯式拘束焊缝，其中：
焊缝始端拘束焊缝焊接两层：第一层焊缝距待焊钢板始端长度150-170mm，第二层焊缝距待焊钢板始端长度50-70mm；
焊缝终端拘束焊缝焊接五层：第一层焊缝距待焊钢板终端长度350-360mm，第二层焊缝距待焊钢板终端长度330-340mm，第三层焊缝距待焊钢板终端长度310-320mm，第四层焊缝距待焊钢板终端长度290-300mm，第五层焊缝距待焊钢板终端长度270-280mm；
步骤5，FCB焊接材料采用满足CCS船级社3Y42等级要求的焊丝、表面焊剂、背面焊剂组合；其中，L极焊丝为直径规格为4.8mm的实芯焊丝，T1极焊丝为直径规格为4.8mm的实芯焊丝，T2极焊丝为直径规格为6.4mm的实芯焊丝；
步骤6，将干燥的表面焊剂预先添加在焊剂料斗中，并且焊剂料斗保持在75℃～85℃温度；
步骤7，对铜衬垫表面的熔渣及杂物进行清理，然后将背面焊剂铺撒在铜衬垫上，铺撒厚度为5mm-6mm，宽度为100mm-120mm；铺撒完成后，将铜衬垫对中坡口中心后紧贴焊接坡口背面，再对待焊钢板表面坡口两侧100mm范围内进行敲击，使背面焊剂能够与待焊钢板背面紧密贴合；
步骤8，将各电极对中焊接坡口中心，调节焊枪角度和距离，其中：L极前倾13°，导电嘴到工件距离35mm；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立群，雷炳育，张继军，邵丹丹，杨婷，杨楚文，张岩，吴伟平，
申请(专利权)人：广州黄船海洋工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44