建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO2氣體保護焊焊接工藝:專利背景,發明內容,專利

《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》是中冶建築研究總院有限公司和中國京冶工程技術有限公司於2014年3月6日申請的專利，該專利的申請號為2014100816077，公布號為CN103801804A，授權公布日為2014年5月21日，發明人是馬德志、劉菲、龔超、符定梅、李業績、侯兆新、段斌、傅彥青。

《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》公開了一種建築高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝，該焊接工藝①焊接材料：選用實心焊絲ER69-G或藥芯焊絲E601T1-K2；②根據板厚和焊接位置選擇X形坡口、V形坡口或單邊V形坡口；③焊接前預熱溫度不低於12攝氏度；④採用多層多道焊接，道間溫度不低於預熱溫度。該發明焊接工藝方法解決了建築高性能結構鋼Q550GJ在焊縫熱影響區易脆化的問題，避免了焊接裂紋的產生，焊接接頭的綜合性能優良，達到了與母材等強等韌的目的，可以保證Q550GJ高性能鋼在鋼結構領域的成功套用，提高了中國鋼結構焊接的科技水平，對於推動中國鋼結構建設的發展具有重要的意義。

2018年12月20日，《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》摘要附圖）

基本介紹

中文名：建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO2氣體保護焊焊接工藝
公告號：CN103801804A
授權日：2014年5月21日
申請號：2014100816077
申請日：2014年3月6日
申請人：中冶建築研究總院有限公司、中國京冶工程技術有限公司
地址：北京市海淀區西土城路33號
發明人：馬德志、劉菲、龔超、符定梅、李業績、侯兆新、段斌、傅彥青
Int.Cl.：B23K9/16(2006.01)I; B23K9/02(2006.01)I; B23K9/235(2006.01)I
代理機構：北京中創陽光智慧財產權代理有限責任公司
代理人：尹振啟
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,附圖說明,技術領域,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

在鋼結構工程中採用高性能結構鋼能大幅度減少鋼材的用量，相應的大大減少冶煉鋼材消耗的能源，最終降低單位建築面積消耗的能源。中國每年建築用結構鋼超過3000萬噸，若其中10%採用高性能結構鋼，即高性能結構鋼用量約300萬噸，用鋼量可減少15%，每噸鋼結構造價按10000元計算，則可節省投資成本近50億元。經濟已開發國家在鋼結構用鋼材方面非常注重使用高性能結構鋼。中國國外已大量使用420兆帕、460兆帕、490兆帕、550兆帕級，甚至用到780兆帕級高強鋼，並配套相應的規範標準。

截至2014年3月6日，中國鋼結構主要是使用Q235和Q345等普通鋼材，而高性能結構鋼在鋼結構中的使用還比較少，與國外已開發國家相比存在著較大差別。近年來，隨著國家的發展，高層建築、超高層建築、大跨度體育場館、機場、會展中心以及鋼結構廠房等大型建築工程的建設力度日益加大，高層建築用鋼板的市場套用需求越來越大。高層建築用鋼板具有抗震、抗低溫衝擊等性能，與普通碳鋼或低合金鋼板相比，屈服強度設定了上限，抗拉強度有提高，對碳當量、屈強比指標有要求。中國鋼結構對強度超過420兆帕的高強鋼沒有配套的設計規範。若在工程中套用，則要針對具體工程進行專門研究後方可使用。

抗震性能較好的建築用高性能結構鋼Q550GJ，其含碳量低，S、P含量控制嚴格，並通過加入微量合金元素採用控軋控冷技術（TMCP）來得到強度高韌性好的組織，從而保證鋼板良好的綜合機械性能。同時，Q550GJ鋼與普通Q550鋼相比，增加了屈強比和Z向性能的要求，厚度效應對屈服強度的影響很小。

由於Q550GJ鋼具備以上特性，因此，在焊接過程中，熱影響區的脆化和強度下降的現象極易出現，並且極易產生焊接冷裂紋。加之工程實際焊接中對中厚鋼板使用量的增加，以及實際焊接接頭複雜性和拘束度的影響，使得Q550GJ的焊接成為一個難點問題，迫切需要通過研究試驗來制定適用於Q550GJ鋼的焊接工藝。

發明內容

專利目的

《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》的目的在於提供建築用高性能結構鋼Q550GJ焊接工藝，以實現高性能結構鋼Q550GJ在建築上的推廣套用。

技術方案

《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》針對板厚8毫米以上的建築用高性能結構鋼Q550GJ制定了CO₂氣體保護焊的焊接工藝，該焊接工藝包括焊接全過程中材料及參數的控制，具體如下：

（1）焊接材料：選用實心焊絲ER69-G或藥芯焊絲E601T1-K2，焊絲直徑1.2毫米；

（2）根據板厚和焊接位置選擇X形坡口、V形坡口或單邊V形坡口，其中，X形坡口，正面60°，反面45°，鈍邊2～3毫米，根部間隙0～3毫米；V形坡口角度為45°～60°，鈍邊0～3毫米，根部間隙3～6毫米；單邊V形坡口角度為45°，鈍邊0～3毫米，根部間隙3～6毫米；

（3）焊接前預熱溫度不低於120攝氏度；

（4）採用多層多道焊接，道間溫度不低於所述預熱溫度。

優選地，所述預熱溫度為120攝氏度，所述道間溫度為120～170攝氏度。

優選地，進行立焊時，所述焊接工藝還包括：

（1）打底焊縫：保護氣體流量20～25升/分鐘，焊接電流160～200安，焊接電壓20～22伏，焊接速度20～30厘米/分鐘，熱輸入6.4～13.2千焦/厘米；

（2）填充焊縫：保護氣體流量20～25升/分鐘，焊接電流180～220安，焊接電壓22～24伏，焊接速度25～35厘米/分鐘，熱輸入6.8～12.7千焦/厘米；

（3）蓋面焊縫：保護氣體流量20～25升/分鐘，焊接電流160～200安，焊接電壓20～24伏，焊接速度20～30厘米/分鐘，熱輸入6.4～14.4千焦/厘米。

優選地，進行橫焊時，所述焊接工藝還包括：

（1）打底焊縫：保護氣體流量20～25升/分鐘，焊接電流200～240安，焊接電壓26～30伏，焊接速度30～40厘米/分鐘，熱輸入7.8～14.4千焦/厘米；

（2）填充焊縫：保護氣體流量20～25升/分鐘，焊接電流240～280安，焊接電壓28～32伏，焊接速度35～45厘米/分鐘，熱輸入9.0～15.4千焦/厘米；

（3）蓋面焊縫：保護氣體流量20～25升/分鐘，焊接電流200～240安，焊接電壓26～32伏，焊接速度30～40厘米/分鐘，熱輸入7.8～15.4千焦/厘米。

隨著結構鋼性能的提高，其焊接難度也相應提高。而焊縫的焊接質量是焊縫的坡口型式，預熱溫度，多道焊接時的道間溫度，打底焊縫、填充焊縫、蓋面焊縫的焊接參數及其相應的熱輸入量，立焊、橫焊等焊接形式，焊接接頭的拘束度，等等眾多因素相互協同、綜合作用的結果，為了得到合格的焊縫，在參照已有焊接規範和實踐經驗基礎上，還需要做大量的試驗和研究工作，以使各個因素良好匹配。正因為試驗摸索的工作量巨大，因而阻礙了建築用高性能結構鋼Q550GJ的推廣套用。

《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》焊接工藝，解決了建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接難題，按照該工藝進行焊接，獲得的焊接接頭綜合力學性能優良，使接頭的抗拉強度達到了與母材等強。

《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》提出的建築用高性能結構鋼Q550GJ焊接工藝，具有指導規範作用，填補了中國鋼結構工程中Q550GJ鋼利用CO₂氣體保護焊進行焊接的空白，對於推動該鋼種的套用具有重要意義。

《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO2氣體保護焊焊接工藝》中焊接材料的選用採取等強等韌的原則，通過焊材熔敷金屬力學性能數值和鋼材的力學性能數值比較進行選擇。

坡口和根部間隙的選擇試驗確定，在保證接頭綜合性能的前提下，將焊接量控制在合理的範圍內，實現了焊接質量和效率的最最佳化。

鋼板預熱溫度採用單邊V型坡口焊接裂紋試驗進行確定，見表1。考慮到實際工程結構的複雜性和拘束度大小，應嚴格按照《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》推薦的溫度對鋼板進行預熱，低於《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》推薦的預熱溫度會增大焊縫開裂的可能。

表1Q550GJC單邊V型坡口焊接裂紋試驗焊接參數及結果

最低道間溫度應不低於預熱溫度，否則焊接過程中極易產生裂紋；最高道間溫度試驗確定，道間溫度過高會引起熱影響區晶粒粗大，使焊縫強度及低溫衝擊韌性下降。

焊接參數的選擇根據HAZ最高硬度試驗和焊接工藝評定試驗確定。根據試驗，超出《建築用高性能結構鋼Q550GJ的CO₂氣體保護焊焊接工藝》推薦的熱輸入範圍進行焊接，會由於熱輸入過大和過小影響鋼板的焊接質量。熱輸入過大，合金元素燒損嚴重，焊縫熱影響區組織粗大，接頭強度、韌性降低；熱輸入過小，冷卻速度快，容易得到馬氏體組織，接頭硬度超出規範許可值，容易引起氫致開裂。熱輸入的過大和過小也是各種焊接缺陷未焊透、未熔合、氣孔、咬邊等形成的重要原因。