本发明涉及焊接，特别是涉及一种免预热免焊后热处理的q690高强耐候钢的气体保护焊接方法。
背景技术：
1、耐候钢主要应用于铁道车辆制造行业，由于具备优良的耐大气腐蚀性能，同时又相对于不锈钢来说具有低廉的成本，使其还适用于桥梁、建筑、船舶、机械等各个领域。传统的耐候钢主要通过cu、p、cr、ni等合金元素来保证耐大气腐蚀性能，如09cupcrni、q450nqr1等，但此类钢的强度级别较低。近年来市场对于耐候钢的性能要求越来越高，不仅需要具备良好的耐腐蚀性能、高强韧性，而且还需具备良好的焊接性能，这是由于在铁路车辆制造行业中，焊接作为连接高强耐候钢的重要方式被广泛采用。
2、中国专利cn105033418a公开了一种q690d高强钢焊接工艺，包含焊前准备、焊接和焊后热处理等步骤，但此焊接工艺复杂，生产成本高，尤其针对大型焊接件在采用焊前预热和焊后热处理时，需要将整体结构升温到某一数值才可进行焊接，极大的提高了实际生产应用的难度。中国专利cn104759858a公开了一种80公斤级低温不预热焊接高强钢的生产方法，轧制后采用dq工艺，在685～695℃进行回火，其产品符合在常温下进行不预热焊接的要求，但是，其生产工艺采用了较高的回火处理温度，产品制造成本较高，制备工序繁琐。
3、并且q690高强钢通常采用预热、焊接后热处理的工艺，尽管焊前预热和焊后热处理可以用于调节焊接接头的力学性能，然而这类工艺存在着施工环境困难、成本高及生产周期长等问题。因此，如何通过合理控制焊接过程，选择配套的焊接材料和焊接工艺，成为q690耐候钢在实际应用中的关键技术之一。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种免预热免焊后热处理的q690高强耐候钢的气体保护焊接方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本发明的技术方案之一：一种低碳v-n微合金化q690高强耐候钢，包括以下重量百分比的组分：c：0.04～0.10％，si：≤0.50％，mn：1.10～2.10％，s：≤0.012％，p：0.002～0.015％，al：≤0.050％，v：0.04～0.16％，n：0.010～0.015％，cr：0.40～0.70％，ni：0.20～0.65％，cu：0.15～0.55％，mo：≤0.50％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
4、进一步地，所述低碳v-n微合金化q690高强耐候钢的组织为多边形铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体，屈服强度为690～720mpa，抗拉强度为790～820mpa，断后伸长率≥15％，-60℃冲击功≥100j。
5、本发明中各组分的作用：
6、c：碳对提高钢板强度是行之有效的，但是会降低钢板的焊接性，为了防止焊接过程中冷裂纹的产生，应避免加入过高的碳，以免产生较多的硬质脆性相。综合考虑，将c的含量控制在0.04～0.10％范围内。
7、mn：锰能够通过相变强化和固溶强化来提高钢材的性能，但过高的mn会引起成分偏析，破坏产品的低温韧性。因此，将mn的含量控制在1.10～2.10％。
8、s、p：硫含量过多还会影响钢板焊接，因此s含量应控制在0.01％以下。少量的p可以提高钢的强度、改善钢的低温性能、改善钢的焊接性能和耐腐蚀性能，但同时也需要注意其副作用。因此，p的含量控制在0.002～0.015％。
9、v、n：钒是首选的析出强化元素，v与n具有很强的亲和力，n的加入可提高v-n固溶度积，利用奥氏体中形变诱导析出的vn析出相促进晶内铁素体形核机理，通过细晶强化、组织强化、析出强化从而使钢板获得高强度。若v的含量过低，则可能无法完全发挥其强化作用，而过高的v含量则可能会降低材料的韧性，特别是在高应变环境下，并且会提高材料的成本，影响钢材使用的经济性。n对钢材性能与c、p类似，随着n含量的增加，能够提高钢材强度，但是可焊性会变差，以及塑性、韧性也会显著降低。因此，v的含量控制在0.04～0.16％，n的含量控制在0.010～0.015％。
10、al：铝在钢中主要起脱氧和控制晶粒度的作用，铝细化钢的本质晶粒，提高钢晶粒粗化的温度。但是过多的al会改变钢的物理性质，难以焊接，同时会导致钢材的塑性、韧性和耐高温性变差。因此，本发明控制al含量不高于0.05％。
11、ni：镍能促进针状铁素体的形成，提高焊缝韧性，抑制侧板条铁素体。一定量的镍含量能细化柱状晶组织，过量反而导致粗化。因此，本发明将ni的含量控制在0.20～0.65％。
12、cr：适量的cr能诱发针状铁素体组织产生，抑制先共析铁素体，但过量的cr将导致针状铁素体被贝氏体和马氏体所替代，降低加工性和焊接性。同时，cr元素的添加能够提高钢材的耐腐蚀性能，这是由于cr元素能够促进钢表面形成致密的钝化膜来保护基体，一般来说，耐候钢中cr含量需要控制在0.4～1.3％范围内。综合考虑，本发明所选用的q690耐候钢中将cr的含量控制在0.40～0.70％。
13、cu：铜可以起到细化晶粒的作用，提高钢的强度和韧性，添加适量的cu有助于降低焊接热影响区的硬度。同时，cu也是提高钢的耐大气腐蚀性能的关键元素，与p共同发挥出协同耐候效应。因此，cu含量控制在0.15～0.55％范围内。
14、mo：钼可以细化晶粒，提高钢的强度和韧性，特别是在高温下；mo还能增加钢的耐腐蚀性能，mo在钢中形成moo3和含mo氧化物，当钢中含有0.4～0.5％的mo时，钢在大气腐蚀环境中的腐蚀速率能大幅降低。但过量的mo会损坏加工成形性能及焊接性能，而且价格较贵重，提高了生产成本，综合考虑将mo含量控制在不大于0.50％的上限。
15、si：硅在钢中作为脱氧剂，用al脱氧时适量加入一定量的si，能够有效提高al的脱氧能力，降低钢中的氧含量，从而减少气孔和夹杂物的形成。硅对钢的强度和塑性影响有限，但有助于改善钢的耐腐蚀性能。过高si会容易产生淬火裂纹，超快冷下裂纹倾向更大，会直接降低钢的焊接性能。同时，在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔化金属的流动性，影响焊缝质量。因此，si的含量尽量不高于0.50％。
16、本发明的技术方案之二：一种免预热免焊后热处理的q690高强耐候钢的气体保护焊接方法，包括以下步骤：
17、将上述低碳v-n微合金化q690高强耐候钢作为基材，并在基材上开单面v型坡口，然后进行气体保护焊打底焊和填充焊，实现q690高强耐候钢的免预热免焊后热处理焊接。
18、进一步地，所述气体为ar和co2的混合气体；
19、所述ar和co2的体积百分比为80:20，体积之和为100％；
20、所述气体的流量为10～25l/min；
21、所述v型坡口的角度α为55～65°，钝边c为1～3mm，对焊装配间隙h为1～2mm。
22、进一步地，所述打底焊的焊接电流为190～280a，焊接电压为22～28v，焊接速度为300～400mm/min，焊接热输入控制在6.8～13.8kj/cm。
23、进一步地，所述填充焊采用多层多道次焊接，层间温度控制在100～120℃；所述填充焊的焊接电流为300～450a，焊接电压为30～35v，焊接速度为285～350mm/min，焊接热输入控制在12.3～25.5kj/cm。
24、进一步地，所述打底焊和填充焊采用的焊丝均为实芯焊丝，焊丝品牌为美国林肯jm-65ii耐候钢gmaw焊丝，焊丝的直径为1.2mm，焊丝的屈服强度为610～630mpa，抗拉强度为690～710mpa，延伸率为20～22％，-20℃时低温冲击功≥60j，施焊前对焊丝进行清理；
25、所述焊丝，包括以下重量百分比的组分：c：≤0.10％，si：0.40～0.80％，mn：1.10～1.70％，s：0.002～0.010％，p：≤0.017％，cr：0.30～0.70％，ni：0.50～0.90％，cu：≤0.50％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
26、进一步地，所述基材的组合形式为(10～20)+(10～20)mm两板对接，单侧基板尺寸为200×150×(10～20)mm。
27、更进一步地，还包括，在进行气体保护焊打底焊和填充焊前对所述v型坡口及两侧的钢板进行打磨和清洗；所述打磨和清洗，具体包括：使用钢丝刷或者砂轮清理坡口及其两侧的表面，去除油污，再使用丙酮清洗以去除铁锈和杂质，直至露出金属光泽，保证焊接接头的质量。
28、更进一步地，所述打底焊和填充焊的焊接过程中是免预热、免焊后热处理工序，焊接过程连续施焊，中途不停。
29、本发明公开了以下技术效果：
30、(1)本发明的低碳v-n微合金化q690高强耐候钢中的v元素是首选的析出强化元素，v与n具有很强的亲和力，n的加入可提高v-n固溶度积，利用奥氏体中形变诱导析出的细小vn析出相促进晶内针状铁素体形核机理，可以细晶强化、组织强化、析出强化获得高强度，提高耐候钢综合性能。
31、在焊接过程中特殊的热循环可能导致焊接接头的整体力学性能出现不同程度的下降，超低碳的成分设计(低碳v-n微合金化q690高强耐候钢)能够降低焊接热影响区的焊硬性，避免粗大m/a岛硬脆相的形成，实现焊接过程免焊前预热及焊后热处理，提高焊接接头的整体成型性。
32、(2)本发明的焊接方法中打底焊和填充焊均匹配了相应的耐候焊丝，在免焊前预热、免焊后热处理的条件下焊接低碳v-n微合金化q690高强耐候钢的中厚板，能保证整个焊接接头具有较高的塑韧性富余量，制备过程中焊接接头部位没有产生变形和裂纹等缺陷，有效缩短了工艺流程，极大了提高工厂工作效率，实现了简单、高效、经济以及降低碳排放的焊接过程，能够节省能源，减少生产成本，对促进该强度级别新型低碳v-n微合金化q690耐候钢的推广具有重要的意义，并且对铁路车辆制造行业的发展起到重要的推动作用。
33、采用本发明的焊接方法(免预热、免焊后热处理)焊接低碳v-n微合金化q690高强耐候钢，可以获得无内部裂纹的焊接接头，接头部位平整，并具有良好的低温冲击韧性，试验温度-20℃时的焊缝区v型缺口低温冲击功为≥78j，粗晶区-20℃冲击功≥88j，细晶区-20℃冲击功≥106j，焊缝区显微硬度≥204hv，粗晶区显微硬度≥226hv，细晶区显微硬度≥241hv，焊接接头屈服强度≥596mpa，抗拉强度≥661mpa，延伸率为17.8～18.8％。
34、(3)采用本发明的低碳v-n微合金化q690高强耐候钢进行免预热、免焊后热处理的焊接方法，焊接接头的粗晶区与熔池紧密相连，粗晶区在高温冷却过程中奥氏体内析出vn相，有效促进了晶内列素体的显著形核，提高了针状铁素体的相变速率，细化了针状铁素体的板条，使得焊缝金属的显微组织主要由大量纵横交错的针状铁素体和多边形先共析铁素体构成，这种组织具有很强的阻止裂纹产生和扩展的能力，从而使焊缝具有优良的低温冲击韧性，焊接接头具有优良的抗裂性和耐候性。
35、(4)本发明所采用的气体保护焊接方法为co2气体保护焊接，该方法熔深大、焊接效率高，能有效减少劳动成本；操作简单、受环境影响小、综合使用成本低，更易于学习和使用，生产中更具经济性；变形小、对工件组对精度质量要求不太敏感，更容易形成良好的焊接质量，减少了后续维修和重塑的需求。
1.一种低碳v-n微合金化q690高强耐候钢，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：c：0.04～0.10％，si：≤0.50％，mn：1.10～2.10％，s：≤0.012％，p：0.002～0.015％，al：≤0.050％，v：0.04～0.16％，n：0.010～0.015％，cr：0.40～0.70％，ni：0.20～0.65％，cu：0.15～0.55％，mo：≤0.50％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低碳v-n微合金化q690高强耐候钢，其特征在于，所述低碳v-n微合金化q690高强耐候钢的组织由多边形铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体组成，屈服强度为690～720mpa，抗拉强度为790～820mpa，断后伸长率≥15％，-60℃冲击功≥100j。
3.一种免预热免焊后热处理的q690高强耐候钢的气体保护焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的气体保护焊接方法，其特征在于，所述气体为ar和co2的混合气体；
5.根据权利要求3所述的气体保护焊接方法，其特征在于，所述打底焊的焊接电流为190～280a，焊接电压为22～28v，焊接速度为300～400mm/min，焊接热输入控制在6.8～13.8kj/cm。
6.根据权利要求3所述的气体保护焊接方法，其特征在于，所述填充焊采用多层多道次焊接，层间温度控制在100～120℃；所述填充焊的焊接电流为300～450a，焊接电压为30～35v，焊接速度为285～350mm/min，焊接热输入控制在12.3～25.5kj/cm。
7.根据权利要求3所述的气体保护焊接方法，其特征在于，所述打底焊和填充焊采用的焊丝均为实芯焊丝，焊丝的直径为1.2mm；
8.根据权利要求3所述的气体保护焊接方法，其特征在于，所述基材的组合形式为(10～20)+(10～20)mm两板对接，单侧基板尺寸为200×150×(10～20)mm。
