一種耐候鋼焊縫合金及耐候鋼的焊接方法
【專利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種耐候鋼焊縫合金及耐候鋼的焊接方法，本發(fā) 明所述耐候鋼指ASTM A871 GR65型耐候鋼，焊絲型號(hào)JM-55II為國(guó)產(chǎn)市售型號(hào)，微量合金元 素包括0.32%Cu、0.28%Ni、0.41%Cr、0.40%Si以及0.005%P，所述焊縫合金的沖擊試驗(yàn)均考察 焊縫合金在_40°C條件下的沖擊功。
【背景技術(shù)】
[0003] 目前我國(guó)輸電桿塔行業(yè)普遍采用的鋼材為Q235B和Q345B型鋼，這種類型的鋼材雖 然有一定的力學(xué)性能，但耐腐蝕性能并不理想，因此在作為戶外鐵塔用鋼之前，必須要經(jīng)過(guò) 熱浸鍍鋅防腐工藝處理，提高其耐腐蝕性能。這不僅投資大、成本高、危害健康、污染環(huán)境， 而且后期維護(hù)費(fèi)用高。為解決上述問(wèn)題，高強(qiáng)耐候結(jié)構(gòu)鋼在輸電桿塔中的應(yīng)用得到了越來(lái) 越多的關(guān)注。相對(duì)傳統(tǒng)鋼材，尚強(qiáng)耐候結(jié)構(gòu)鋼具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，負(fù)載能力強(qiáng)?？山档退?%_9%，節(jié)省整體造價(jià)3%-7%。
[0004] 2.不用鍍鋅，可節(jié)約15%~18%的鍍鋅費(fèi)用，有效降低生產(chǎn)成本，省去鍍鋅工時(shí)，提高 生產(chǎn)效率。
[0005] 3.不用開(kāi)設(shè)鍍鋅孔，減少了放樣和下料的工時(shí)，同時(shí)可保證結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度。
[0006] 4.后期維護(hù)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低。修補(bǔ)可直接進(jìn)行，無(wú)需焊前去除鋅層，焊后冷噴。 同時(shí)耐候結(jié)構(gòu)鋼使用時(shí)間越長(zhǎng)，耐腐蝕性能越顯著，避免了鍍鋅鐵塔后續(xù)的鋅層修補(bǔ)。
[0007] 耐候鋼的使用離不開(kāi)對(duì)耐候鋼的焊接，但耐候鋼焊接處在耐腐蝕性及力學(xué)強(qiáng)度兩 方面的性能往往并不匹配，從而給耐候鋼在國(guó)內(nèi)鐵塔行業(yè)中的應(yīng)用推廣帶來(lái)極大的障礙。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 雖然耐候鋼的種類繁多，但本發(fā)明僅針對(duì)ASTM A871 GR65型耐候鋼（以下簡(jiǎn)稱耐 候鋼），本發(fā)明希望焊接后的耐候鋼，其整體所表現(xiàn)的耐腐蝕性及力學(xué)性能能夠滿足使用環(huán) 境的基本要求，在一些比較惡劣的環(huán)境下，例如長(zhǎng)久的暴露在戶外或/和高溫潮濕的空氣 中，對(duì)耐候鋼焊接處的耐腐蝕性及力學(xué)性能同時(shí)有更高的要求，因此，本發(fā)明更加希望能夠 得到滿足惡劣條件下使用要求的耐候鋼焊接產(chǎn)品。
[0010] 作為解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種耐候鋼焊縫合金。在本 發(fā)明之前，獲得較高耐腐蝕性能的焊縫合金可以通過(guò)調(diào)整焊縫合金的元素含量得以實(shí)現(xiàn)， 例如Legauh-Leckie耐腐蝕公式已經(jīng)羅列了各種元素對(duì)鋼材耐腐蝕性能的綜合影響，通常 較高含量的合金元素(例如Cu、P等)是優(yōu)選的，使用經(jīng)過(guò)含量?jī)?yōu)選調(diào)整的焊縫合金配方可以 獲得較高的耐腐蝕性能，這在一定程度上延長(zhǎng)了耐候鋼制成品（例如鐵塔）的使用壽命，而 在焊縫合金的力學(xué)性能表現(xiàn)上，一般傾向于較低含量的合金元素(例如Cu、P等），從而同時(shí) 獲得良好耐腐蝕性及力學(xué)性能的焊縫合金具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。
[0011] 本發(fā)明完全不拘泥于耐腐蝕公式所反映的趨勢(shì)，事實(shí)上，在至少部分較低的耐腐 蝕指數(shù)區(qū)間（例如6.1-6.9)，同樣可以給焊縫合金帶來(lái)較高的抗腐蝕性，相比于較高耐腐蝕 性指數(shù)區(qū)間內(nèi)的焊縫合金，具體的說(shuō)，所述至少部分較低的耐腐蝕指數(shù)區(qū)間內(nèi)的焊縫合金 中的合金元素含量會(huì)有所下降，但卻可以使焊縫合金的耐腐蝕性及力學(xué)性能均表現(xiàn)優(yōu)異。
[0012] 在焊縫合金的耐腐蝕評(píng)價(jià)方面，本發(fā)明采用耐候鋼周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際測(cè) 縣 Ι?
本發(fā)明選用試驗(yàn)時(shí)間48h時(shí)，腐蝕速率的值進(jìn)行對(duì)比。
[0013] 在焊縫合金的力學(xué)性能評(píng)價(jià)方面，本發(fā)明采用拉伸試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，試驗(yàn)條件 為試驗(yàn)室溫25°C;沖擊功測(cè)試溫度為_(kāi)40°C。
[0014] 本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，擁有較好的耐腐蝕性能及力學(xué)性能的焊縫合金在本發(fā)明中得到了充 分的表現(xiàn)，本發(fā)明所述耐候鋼焊縫合金包括Fe及微量元素，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，所述微量 元素包括Cu 0.3%-0.45%、Ni 0.3%-0.5%、Cr 0.3%-0.5%、Si 0·2%-0·4%、Ρ 0·004%-0·007%; 雖然本發(fā)明所述焊縫合金的耐腐蝕指數(shù)位于6.3-6.6之間，但耐腐蝕速率達(dá)到1.25-1.54， 屈服強(qiáng)度為460-510Mpa，抗拉強(qiáng)度為560-600Mpa，沖擊功為60-110J。
[0015] 擁有較好的耐腐蝕性能及力學(xué)性能的焊縫合金在本發(fā)明的部分實(shí)施例中得到了 較優(yōu)的表現(xiàn)，所述部分實(shí)施例中的耐候鋼焊縫合金包括Fe及微量元素，按照質(zhì)量百分比計(jì) 算，所述微量元素包括Cu 0.3%-0.4%、Ni 0.35%-0.45%、Cr 0.35%-0.5%、Si 0·2%-0·35%、Ρ 0.004%-0.006%； 擁有較好的耐腐蝕性能及力學(xué)性能的焊縫合金至少在本發(fā)明的部分實(shí)施例中得到了 更優(yōu)的表現(xiàn)，所述部分實(shí)施例中的耐候鋼焊縫合金包括Fe及微量元素，按照質(zhì)量百分比計(jì) 算，所述微量元素包括Cu 0.3%-0.35%、Ni 0.35%-0.40%、Cr 0.35%-0.4%、Si 0·2%-0·3%、Ρ 0·005%-0·006%〇
[0016] 本發(fā)明所述焊縫合金的制備原材料為母材(ASTM Α871 GR65型耐候鋼)并選擇JM-55 Π 焊絲作為焊接用焊絲，使焊縫合金在抗拉強(qiáng)度及沖擊韌性等力學(xué)性能方面表現(xiàn)均衡。 在焊縫合金的具體形態(tài)上，單層單道結(jié)構(gòu)的焊縫合金容易表現(xiàn)出力學(xué)性能上的劣勢(shì)；而在 單層單道結(jié)構(gòu)焊縫合金的形成過(guò)程中母材及焊絲中的合金元素也傾向于遭到大比例的損 失，這樣的損失往往是不可控制的，從而極大的增加了焊縫合金偏離所希望的合金元素配 比的幾率。而將焊縫合金設(shè)定為多道多層的結(jié)構(gòu)形式后，不但能夠改善焊縫合金的力學(xué)性 能而且還可以減少或者控制焊縫合金在形成過(guò)程中母材及焊絲合金元素的損失。本發(fā)明所 述焊縫合金就為多層多道結(jié)構(gòu)，包括由第一焊道構(gòu)成的打底焊層以及由第二焊道構(gòu)成的蓋 面焊層。
[0017] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)在其他條件完全相同的情況下，改變焊道 的余高，將會(huì)帶來(lái)不同的焊縫合金合金元素配比。本發(fā)明所述余高、焊道最大半徑及焊道厚 度，如不經(jīng)過(guò)特別說(shuō)明，均按照以下標(biāo)準(zhǔn)確定： 如圖1，對(duì)于一個(gè)截面近似扇形狀的焊道，包括一個(gè)相對(duì)彎曲的弧面頂部（即AB所構(gòu)成 的弧形部分）以及相對(duì)不彎曲的支撐底部（即ABC所構(gòu)成的近似三角形部分），最大半徑指支 撐底部最低端與弧面頂部的最遠(yuǎn)距離（從圖1看，也即BC或AC)，焊道厚度指支撐底部的厚 度，余高指弧面頂部的厚度(也即焊道最大半徑與焊道厚度的差值）。
[0018] 本領(lǐng)域技術(shù)人員至少可以通過(guò)改變第一焊道的預(yù)期余高數(shù)值調(diào)節(jié)母材及焊絲在 焊縫合金形成過(guò)程中合金元素的燒損程度，相對(duì)于其他燒損調(diào)節(jié)方式，改變第一焊道的預(yù) 期余高數(shù)值是比較容易的，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)一些操作手段(例如精確調(diào)整焊槍的擺動(dòng) 幅度)就可以完全精準(zhǔn)把控，因此在調(diào)整合金元素?zé)龘p程度的精度上，改變第一焊道的預(yù)期 余高數(shù)值至少是可供本領(lǐng)域技術(shù)人員微調(diào)的參數(shù);本領(lǐng)域技術(shù)人員至少可以通過(guò)改變第二 焊道的預(yù)期余高，進(jìn)一步增加焊縫合金的耐腐蝕性能，事實(shí)上，應(yīng)力集中的第二焊道表面會(huì) 增加外界腐蝕介質(zhì)對(duì)第二焊道的腐蝕速度，而較高的應(yīng)力集中表現(xiàn)又會(huì)降低焊縫合金的力 學(xué)性能，因此，較低的第二焊道預(yù)期余高在效果上是有一定優(yōu)勢(shì)的。本發(fā)明由此將第一焊道 的余高控制在〇. 將第二焊道的余高控制在0.5mm_l. 5mm。
[0019] 進(jìn)一步調(diào)整第一焊道及第二焊道余高的實(shí)施方式體現(xiàn)在本發(fā)明的部分實(shí)施例中， 例如在一些實(shí)施例中，所述第一焊道余高為0.6mm-〇 . 9mm，所述第二焊道余高為0.6mm-1.0mm;在一些實(shí)施例中，所述第一焊道余高為0· 7mm-〇 .8mm，所述第二焊道余高為0 · 7mm-0.9mm〇<