建筑用高性能结构钢Q460GJC埋弧自动焊焊接工艺

摘要

本发明公开了一种建筑用高性能结构钢Q460GJC埋弧自动焊焊接工艺，该焊接工艺①焊接材料：焊丝选用H08MnMoA，焊剂选用SJ101；②根据板厚选择X形坡口或V形坡口；③焊接前预热温度不低于100℃；④采用多层多道焊接，道间温度为100～170℃。本发明焊接工艺解决了建筑高性能结构钢Q460GJC在埋弧自动焊高热输入作用下，焊缝热影响区冲击韧性大幅下降的问题，焊接接头的综合性能优良，达到了与母材等强等韧的目的，可以保证Q460GJC高性能钢在钢结构领域的成功应用，提高了我国钢结构焊接的科技水平，对于推动我国钢结构建设的发展具有重要的意义。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑钢结构焊接技术领域，尤其是建筑用高性能结构钢Q460GJC 的埋弧自动焊焊接工艺。

背景技术

在钢结构工程中采用高性能结构钢能大幅度减少钢材的用量，相应的大大减 少冶炼钢材消耗的能源，最终降低单位建筑面积消耗的能源。我国每年建筑用 结构钢超过3000万吨，若其中10%采用高性能结构钢，即高性能结构钢用量约 300万吨，采用高性能结构钢后，用钢量可减少15%，每吨钢结构造价按10000 元计算，则可节省投资成本近50亿元。

目前我国钢结构主要是使用Q235和Q345等普通钢材，而高性能结构钢在钢 结构中的使用还比较少，随着国家的发展，高层建筑、超高层建筑、大跨度体 育场馆、机场、会展中心以及钢结构厂房等大型建筑工程的建设力度日益加大， 高层建筑用钢板的市场应用需求越来越大。高层建筑用钢板具有抗震、抗低温 冲击等性能，与普通碳钢或低合金钢板相比，屈服强度设定了上限，抗拉强度 有提高，对碳当量、屈强比指标有要求。我国钢结构对强度超过420MPa的高强 钢没有配套的设计规范。

对于钢结构的工厂制作焊缝，埋弧自动焊焊接方法以其自动化焊接方式、较 高的生产效率、良好的焊接质量和劳动条件而具有更为突出的优势，特别适用 于大型焊接结构的制造，因此实现Q460GJC钢的埋弧自动焊具有重要的现实意 义。

Q460GJC钢含碳量低（小于0.18%），S、P含量低，在低碳的基础上，通过加 入提高淬透性的合金元素和通过正火热处理来得到强度高韧性好的组织，从而 保证钢板良好的综合机械性性能。同时，Q460GJC钢与普通Q460钢相比，增加 了屈强比的要求，且对Z向性能提出了满足的要求，厚度效应对屈服强度的影 响很小。

埋弧自动焊也大大增加了焊接线能量的输入，因此，以上提出的Q460GJC钢 的焊接难点问题将更为突出。

由于Q460GJC钢具备以上特性，而埋弧自动焊属于热输入较大的焊接方法， 其大电流、高熔敷速度的特点在提高生产效率的同时，也会加剧焊缝和热影响 区晶粒的粗大和脆化，导致热影响区冲击韧性及强度下降的现象极易出现，并 且极易产生焊接冷裂纹。加之工程实际焊接中对中厚钢板使用量的增加，以及 实际焊接接头复杂性和拘束度的影响，使得Q460GJC的焊接成为一个难点问题， 迫切需要通过研究试验来制定适用于Q460GJC钢的焊接工艺。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于开拓性地提供一种针对板厚12mm以上的 建筑高性能结构钢Q460GJC焊接工艺，以实现高性能结构钢Q460GJC在建筑上 的推广应用。

为实现上述目的，本发明建筑用高性能结构钢Q460GJC埋弧自动焊焊接工艺， 该焊接工艺包括焊接全过程中材料及参数的控制，具体如下：

（1）焊接材料：选用H08MnMoA焊丝，焊丝直径4.0mm，焊剂选用SJ101；

（2）焊剂使用前严格烘干，烘干温度350～400℃，烘干1.5～2h；

（3）根据板厚选择X形坡口或V形坡口，其中，X形坡口，正面60°，反 面45°，钝边2～3mm，根部间隙0～3mm；V形坡口角度为45°～60°，钝边0～ 3mm，根部间隙0～3mm；

（4）焊接前预热温度为100℃；

（5）采用多层多道焊接工艺，层间温度不低于所述预热温度。

优选地，所述层间温度为100～170℃。

优选地，进行埋弧焊平焊或平角焊时，所述焊接工艺还包括：

（1）打底焊缝：焊接电流520～530A，焊接电压28～30V，焊接速度38.3～ 41.6cm/min，热输入21.0～24.9KJ/cm；

（2）填充焊缝：焊接电流530～550A，焊接电压30～32V，焊接速度41.6～ 45.0cm/min，热输入21.2～25.4KJ/cm；

（3）盖面焊缝：焊接电流520～530A，焊接电压28～30V，焊接速度38.3～ 41.6cm/min，热输入21.0～24.9KJ/cm。

随着结构钢性能的提高，其焊接难度也相应提高。而焊缝的焊接质量是焊 缝的坡口型式，预热温度，多道焊接时的道间温度，打底焊缝、填充焊缝、盖 面焊缝的焊接参数及其相应的热输入量，焊接接头的拘束度，等等众多因素相 互协同、综合作用的结果，为了得到合格的焊缝，在参照已有焊接规范和实践 经验基础上，还需要做大量的试验和研究工作，以使各个因素良好匹配。正因 为试验摸索的工作量巨大，因而阻碍了建筑用高性能结构钢Q460GJC的推广应 用。

本发明作为一种开拓性的研究，在研发时，简单套用常规技术参数无法实 现发明目的，即焊接后的后的接头无法达到建筑用高性能结构钢Q460GJC国家 标准所规定的性能要求。

本发明焊接工艺，解决了建筑用高性能结构钢Q460GJC的埋弧自动焊的焊 接难题，按照该工艺进行焊接，获得的焊接接头综合力学性能优良，使接头的 抗拉强度达到了与母材等强。

本发明提出的建筑用高性能结构钢Q460GJC焊接工艺，具有指导规范作用， 填补了我国钢结构工程中Q460GJC钢利用埋弧自动焊进行焊接的空白，对于推 动该钢种的应用具有重要意义。

本发明中焊接材料的选用采取等强等韧的原则，通过焊材熔敷金属力学性 能数值和钢材的力学性能数值比较进行选择。

坡口和根部间隙的选择试验确定，在保证接头综合性能的前提下，将焊接 量控制在合理的范围内，实现了焊接质量和效率的最优化。

钢板预热温度采用V型坡口焊接裂纹试验进行确定，见表1。考虑到实际 工程结构的复杂性和拘束度大小，应严格按照本发明推荐的温度对钢板进行预 热，低于本发明推荐的预热温度会增大焊缝开裂的可能。

表1V型坡口Q460GJC焊接裂纹试验焊接参数及结果

最低道间温度应不低于预热温度，否则焊接过程中极易产生裂纹；最高道间 温度试验确定，道间温度过高会引起热影响区晶粒粗大，使焊缝强度及低温冲 击韧性下降。

焊接参数的选择根据HAZ最高硬度试验和焊接工艺评定试验确定。根据试 验，超出本发明推荐的热输入范围进行焊接，会由于热输入过大和过小影响钢 板的焊接质量。热输入过大，合金元素烧损严重，焊缝热影响区组织粗大，接 头强度、韧性降低，见表2，同时热输入过高也是产生烧穿、咬边或结晶裂纹等 缺陷的重要原因；热输入过小，电弧不稳定，容易导致未焊透和未熔合缺陷的 产生。

表2采用大热输入(注1)焊接参数接头试验结果

注：

1采用焊接热输入范围28.6～34KJ/cm，超过本发明推荐上限的13％以上；

2Q460GJC钢板抗拉强度标准值550～720MPa，冲击吸收功≥34J。

附图说明

图1是本发明焊接工艺中X型坡口形式的示意图；

图2为本发明焊接工艺中V型破口形式的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

建筑高性能结构钢Q460GJC埋弧焊（平焊）焊接工艺，焊接坡口采用图1 所示的X形坡口形式，焊材选用大西洋焊材。

焊接设备：CD-1250B

预热温度：100℃，层温：100～170℃，板材厚度48mm，其他参数见下表。

采用以上焊接工艺进行的焊材试验结果见下表，焊接工艺评定合格。

另外，如果板材厚度小于25mm时，也可以采用图2所示的V型坡口。

以上，仅为本发明的较佳实施范例，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变 化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。