高强度钢板焊接工艺及技术参数手册

涵盖焊接方法、焊材选择、工艺参数、热处理及抗裂纹性能

1. 焊接方法和焊材

屈服强度690MPa及以上钢板不推荐使用药芯焊丝,屈服强度890MPa及以上钢板禁用药芯焊丝;高强度钢焊接优先选择低氢型焊接工艺(GMAW气体保护焊为主)。

牌号 碳当量(%) 推荐焊接工艺方法(环境20℃) 预热温度 配套焊材
BWELDY700 QL2/4(-LC) 0.40-0.55 GMAW ≤20mm不预热;>20-40mm 100℃;>40-60mm 150℃ BH700/800-Ⅱ(宝钢配套)、奥林康Carbonfill NiMoCr、伯乐GM100
BWELDY900 QL2/4 0.55-0.60 GMAW ≤12mm 100℃;>12-40mm 150℃;>40-50mm 175℃ BH700/800-Ⅱ(宝钢配套)、奥林康Carbonfill 2NiMoCr、伯乐GM120
BWELDY960 QL2/4 0.55-0.60 GMAW ≤12mm 100℃;>12-40mm 150℃;>40-50mm 175℃ BH700/800-Ⅱ(宝钢配套)、奥林康Carbonfill 2NiMoCr、伯乐GM120
BWELDY1100 QL2/4 0.55-0.68 GMAW ≤12mm 125℃;>12-30mm 175℃ 根据结构件需求选用
Q500CFC/D(BPM500E) - GMAW 8-40mm不预热;>40-100mm 100℃ BHG-3(昆山中冶宝钢)、GHS70(北京钢铁研究院)、HS-70(哈尔滨焊接研究所)
Q550CFC/D 0.38-0.50 GMAW 8-40mm不预热;>40-100mm 100℃ BHG-3(昆山中冶宝钢)、GHS70(北京钢铁研究院)、HS-70(哈尔滨焊接研究所)
Q620CFD/E 0.38-0.50 GMAW 8-40mm不预热;>40-90mm 100℃ BHG-3(昆山中冶宝钢)、GHS70(北京钢铁研究院)、HS-70(哈尔滨焊接研究所)
Q690CFC/D(BPM690E)、Q690HP* 0.38-0.58 GMAW 8-20mm不预热;>20-40mm 80-120℃;>40-60mm 120-150℃;*40mm以下不预热 BH700/800-Ⅱ(宝钢配套)、BHG-4 M(昆山中冶宝钢)、GHS80(北京钢铁研究院)、HS-80(哈尔滨焊接研究所)
Q890CFC/D 0.50-0.58 GMAW 8-30mm 120-150℃;>40-50mm 150-200℃ BH800-Ⅱ(宝钢配套)、BH900-Ⅱ(宝钢配套)

注:1. GMAW指Gas metal arc welding(气体保护焊);2. 预热温度取决于母材碳当量、钢板厚度、焊材扩散氢水平及焊接热输入量,板厚、结构拘束度、焊材含氢量增加时,预热温度需相应提高;3. Q690HP在室温15℃时,10-40mm厚钢板可实现不预热焊接,且苛刻拘束条件下无裂纹。

2. 焊接工艺参数

以下参数均为气体保护焊参数,实际焊接需结合板厚、焊接位置、接头型式调整;推荐多道多层焊接,禁止纵向和横向摆动,控制热输入量在要求范围内。

牌号 厚度(mm) 焊丝直径(mm) 焊接电流(A) 电弧电压(V) 焊接速度(mm/s) 层间温度(℃) 干伸长(mm) 保护气体 线能量(kJ/mm)
BWELDY700 QL2/4 8~50 Ø1.2 160~320 20~32 5~8 ≤200 16~20 80%Ar+20%CO₂ ≤1.5
BWELDY900 QL2/4 8~50 Ø1.2 160~320 20~32 6~9 ≤200 16~20 80%Ar+20%CO₂ ≤1.5
BWELDY960 QL2/4 8~50 Ø1.2 160~320 20~32 6~9 ≤200 16~20 80%Ar+20%CO₂ ≤1.5
Q500CFC/D(BPM500E) 8-60 Ø1.2/1.6 160~360 20~34 5~8 ≤200 16~20 80%Ar+20%CO₂ ≤2.5
Q550CFC/D 8-60 Ø1.2/1.6 160~360 20~34 5~8 ≤200 16~20 80%Ar+20%CO₂ ≤2.5
Q620CFD/E 8-50 Ø1.2/1.6 160~360 20~34 5~8 ≤200 16~20 80%Ar+20%CO₂ ≤2.5
Q690CFC/D(BPM690E)、Q690HP 16-60 Ø1.2 160~320 20~32 5~8 ≤200 16~20 80%Ar+20%CO₂ ≤2.0
Q890CFC/D 12-60 Ø1.2 160~320 20~32 6~9 ≤200 16~20 80%Ar+20%CO₂ ≤1.8

注:平位置中厚板对接接头焊接参考:打底焊200~240A、22~26V;填充焊/盖面260~300A、28~31V;定位焊260~280A、30V;BWELDY700/900/960 QL2/4焊接通常等强匹配,1100MPa级钢板需按受力情况评定焊材及工艺。

3. 焊后热处理

为防止冷裂纹及保证接头力学性能,焊后建议采用后热或消氢处理(二选一);过高温度的消除应力热处理可能损害接头性能,需提前评定。

牌号 150~250℃后热 250~350℃消氢 450~500℃消除应力(正火或调质) 其它热处理
BWELDY700 QL2/4 推荐 推荐 慎用 禁用
BWELDY900 QL2/4 推荐 推荐 慎用 禁用
BWELDY960 QL2/4 推荐 推荐 慎用 禁用
Q500CFC/D(BPM500E) 推荐 推荐 慎用 禁用
Q550CFC/D 推荐 推荐 慎用 禁用
Q620CFD/E 推荐 推荐 慎用 禁用
Q690CFC/D(BPM690E)、Q690HP 推荐 推荐 可用 禁用
Q890CFC/D 推荐 推荐 可用 禁用

注:承受厚度方向(Z向)拉伸应力、板厚超30mm的焊接结构,推荐中间消氢/消应处理:焊接完成30~50%焊道时,及时进行消氢处理。

4. 抗裂纹起裂和止裂能力

宝钢高强度钢板微观组织以贝氏体、贝氏体+马氏体板条为主,板条间含残余奥氏体或马氏体,具备良好的裂纹抑制及止裂功能(以Q690CFD钢板为例)。

### 4.1 动态屈服强度计算

钢板动态屈服强度通过仪器化冲击实验获取,计算公式如下:

σyd = (2.99 × Fyd × S) / [4 × B × (W - a0)²]

其中:σyd为动态屈服强度(MPa);Fyd为屈服应力(kN);S为两支座间距(mm);B为试样厚度(mm);(W - a0)为韧带宽度(mm)。

### 4.2 Q690CFD钢板抗裂纹性能参数

实验温度(℃) 裂纹形成功(J) 裂纹扩展功(J) 冲击功Akv(J) 屈服应力Fyd(kN) 动态屈服强度σyd(MPa) 最大加载应力Fmax(kN) 动态抗拉强度σbd(MPa)
0 93 168 261 18.82 879 23.40 1093
-20 62.5 190.5 253 19.32 903 24.24 1132
-40 62 179 241 19.85 927 24.65 1152

实验表明:Q690CFD钢板在0℃、-20℃、-40℃时,裂纹扩展功分别为168J、190.5J、179J,需消耗较多能量,止裂性能良好;-20℃冲击断口以韧窝状为主,呈韧性断裂特征。

5. 钢板的尺寸、外形、重量及允许偏差

宝钢采用高精度轧制技术,可有效控制钢板厚度公差及同板差;尺寸、外形、重量及允许偏差符合《GB/T709-2006 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》。

用户若有高精度厚度偏差需求,可在技术协议中注明;钢板切割后板形良好,能满足高精度加工要求。

6. 加工成型

宝钢钢板加工成型后结构稳定性良好;以Q890CFD钢板生产的大采高煤矿液压支架为例,已通过27000次压架寿命试验,性能可靠。

宝钢可根据用户需求,提供结构件的有限元分析服务。

文档核心关键词

高强度钢板焊接 GMAW气体保护焊 焊接工艺参数 焊后热处理 Q690CFD钢板 Q890CFC/D钢板 抗裂纹能力 动态屈服强度 焊接预热温度 焊接线能量 低氢型焊接工艺 钢板尺寸偏差