CN101862887B - 一种低温风塔用厚板s355nl埋弧焊焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括如下步骤：采用满足化学组分及重量百分比和技术条件的S355NL厚板，钢的碳当量Ceq≤0.42％；选用满足化学组分及重量百分比的焊丝；埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.5mm，钢板厚≤50mm时，在环境温度不低于10℃时，不预热焊接；选择焊接工艺参数，焊接热输入量≤50KJ/cm。本发明实现了海洋和严寒地区的低温风塔用钢板S355NL对接接头厚板结构制造过程焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊接接头具有优良的综合力学性能，焊缝及焊接热影响区具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。本发明适用于工厂低温风塔制造推广应用。
Description
技术领域
本发明属于钢铁材料焊接领域，特别是涉及一种低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法。
背景技术
能源危机以来，人们的绿色环保意识得到加强，风能作为一种清洁的可再生能源，是二十一世纪的重要能源之一，在当今世界可再生能源开发中，风力发电是除水资源开发外，技术最成熟、最具有大规模的发电方式。在过去8年中，全世界的风力发电能力平均每年增长15.8％，随着风力发电的快速增长，对风塔用钢板的要求也在不断提高。以往风塔用钢主要采用EN10025标准中的牌号，主要钢种为S235JR、S355JR、S355J0、S355J2G3、S355J2等，由于我国风电设备很多建设于严寒地带，而且我国大陆架浅海海域广阔，海上风力资源丰富，海上风电场的建设十分广阔，预计2010到2015年我国将形成约600亿元左右的风电设备市场，这些地区的风塔建设均要求使用具有更高低温韧性的钢板S355NL(-50℃冲击功≥27J)。海洋和严寒地区的风塔钢板服役环境十分恶劣，为适应低温风塔的建造需要，南京钢铁联合公司已经开发了一种低温韧性优良的风塔用钢板S355NL，其综合力学性能优异，尤其是-50℃低温韧性，具有优异强韧性匹配。基材性能的提高对与之相匹配的焊接材料及焊接工艺提出了迫切的要求。目前存在的问题是：采用国内现有的埋弧焊接材料与焊接工艺，焊接接头-50℃低温冲击韧性不能满足低温风塔用钢板S355NL的焊接技术要求，特别是在较大的焊接热输入量情况下，焊接接头的低温冲击韧性无法满足低温风塔结构制造的焊接技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温风塔用钢板S355NL埋弧焊接方法，该方法能解决埋弧焊焊接工艺与匹配材料问题，施焊前不预热，焊后不进行热处理，采用所述方法焊接S355NL钢板焊接接头具有优良的接头综合性能，焊接接头各区域具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)采用的低温风塔用钢S355NL的化学组分及重量百分比和技术条件满足以下条
所述S355NL低温风塔用钢的化学组分及重量百分比为：C：0.10～0.14％，Mn：1.30～1.45％，Si：0.20～0.30％，P：≤0.013％，S：≤0.005％，Nb：0.020～0.030％，V：0.04～0.05％，Ti：≤0.03％，Ni：0.20～0.30％，Cr：≤0.08％，Mo：≤0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质；钢的碳当量Ceq≤0.42％；
所述S355NL低温风塔用钢焊接接头部位的力学性能为：抗拉强度Rm：≥500MPa，接头侧弯d＝3a，180°合格，母材、焊缝金属、热影响区熔合线外1mm及3mm处-50℃冲击功AKv≥50J，焊接接头拉伸试验断于基材；
2)所用的焊接材料满足以下条件：
埋弧焊丝BHM-6，焊丝直径Φ4.0mm，配烧结焊剂SJ101G，焊剂SJ101G使用前烘焙制度为350℃×2h；焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.06～0.12％，Mn：1.60～2.0％，Si：≤0.07％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质；
3)埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.5mm，所述S355NL低温风塔用钢板厚≤50mm时，在环境温度不低于10℃时，不预热焊接；
4)选择焊接工艺参数，焊接接头焊缝金属及热影响区熔合线外1mm处-50℃冲击功AKv≥50J的焊接热输入量的控制范围是：≤50KJ/cm；施焊时层间温度控制在：≤200℃。
本发明中焊接工艺参数为焊接电流550A，电弧电压30V，焊接速度40cm/min、焊接热输入量15KJ/cm、焊剂烘焙制度为350℃×2h。
本发明对厚度为50mm+50mm组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。
本发明低温风塔用钢S355NL详细焊接工艺方案制订的理由如下：
(1)焊接预热温度
本发明按照ISO17642-3标准Tekken(斜Y坡口)焊接裂纹试验方法中规定的条件，研究了一种板厚为50mm的低温风塔用钢S355NL在室温(10℃)不预热及不同焊前预热温度条件下产生焊接冷裂纹的敏感性。其中试验用S355NL的化学组分及重量百分比为：C：0.12％，Mn：1.40％，Si：0.25％，P：0.010％，S：0.002％，Nb：0.025％，V：0.042％，Ti：0.015％，Ni：0.26％，余量为Fe及不可避免的杂质；试验采用气体保护焊工艺，焊丝采用直径为Φ1.2mm、ER50-G、保护气体为80％Ar+20％CO2。结果表明，规格为50mm厚的钢板焊前不预热条件下，接头部位的表面裂纹率和断面裂 纹率均为零，表明该钢焊接冷裂纹倾向较小，即所述S355NL低温风塔用钢板厚度≤50mm时，在环境温度不低于10℃时，不预热焊接即可防止焊接冷裂纹的产生。
(2)焊接材料
针对所述钢，在选用焊接材料时，首先考虑的是焊缝金属的强度和-50℃冲击韧性与基材匹配，选用的埋弧焊丝BHM-6，直径4mm，所采用焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.06～0.12％，Mn：1.60～2.0％，Si：≤0.07％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质，配烧结焊剂SJ101G，形成的焊缝金属纯净度高，且焊缝组织以细小的针状铁素体为主，强韧性兼具；所选用埋弧焊丝配SJ101G焊剂熔敷金属的力学性能：抗拉强度Rm≥490MPa，屈服强度Rp0.2≥390MPa，延伸率A≥22％，-50℃冲击功AKv≥34J。
(3)焊接热输入量
由于焊接热输入量变化将影响焊接热循环过程，由此将对焊接接头焊缝金属和热影响区的组织和力学性能带来影响。本发明研究了不同焊接热输入量条件下对一种低温风塔用钢S355NL埋弧焊对接接头力学性能的影响，分别对焊接接头焊缝金属的拉伸性能、焊接接头各部位-50℃夏比V型缺口冲击功进行了测定和分析。试验用焊接材料为：埋弧焊丝BHM-6，焊丝直径Φ4.0mm，焊剂S101G；所采用焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.12％，Mn：1.87％，Si：0.01％，P：0.013％，S：0.007％，余量为Fe及不可避免的杂质。结果表明，焊接热输入量在不大于50KJ/mm条件下，低温风塔用钢S355NL埋弧焊对接接头力学性能焊缝金属抗拉强度Rm≥500MPa，屈服强度ReH≥400MPa，伸长率A≥26％，接头侧弯d＝3a，180°合格，焊缝金属、热影响区熔合线外1mm及3mm处-50℃冲击功AKv≥50J。
本发明在低温风塔的实际建造过程中，兼顾性能与效率，针对低温风塔用钢S355NL特定的成分范围及技术条件，解决了该钢的焊接热输入量适应性问题及相关的焊接工艺问题。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明满足了海洋和严寒地区的低温风塔用钢板S355NL埋弧焊接工艺制造 技术。埋弧焊对接接头抗拉强度、接头各区-50℃冲击功达到较高水平，具有优良的低温冲击韧性及安全储备；
(2)采用本发明焊接工艺技术，埋弧焊对接接头热影响区过热区的金相组织主要为低碳贝氏体组织；焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，从而使焊接接头具有优良的强韧性及抗裂性能。
(3)实现了海洋和严寒地区的低温风塔用钢板S355NL对接接头厚板结构制造过程焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊接接头具有优良的综合力学性能；在实施过程中，可以达到焊接接头力学性能优良和焊接效率较高二者兼顾的效果，实用性强、焊接操作简便、高效节能，适用于工厂低温风塔制造推广应用。
附图说明
图1为焊接厚板组合50mm+50mm的焊接热输入量15KJ/cm为埋弧焊坡口示意图；
图2为焊接厚板组合50mm+50mm的焊接热输入量50KJ/cm为埋弧焊坡口示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种本发明所述的低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括以下步骤：
采用热机械控轧控冷工艺(TMCP)+正火生产的强度在≥490MPa级的低温风塔用钢板S355NL，板厚组合为50mm+50mm。试板尺寸为600mm×400mm×32mm；选用的S355NL低温风塔用钢的化学组分及重量百分比满足：C：0.10～0.14％，Mn：1.30～1.45％，Si：0.20～0.30％，P：≤0.013％，S：≤0.005％，Nb：0.020～0.030％，V：0.04～0.05％，Ti：≤0.03％，Ni：0.20～0.30％，Cr：≤0.08％，Mo：≤0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质；钢的碳当量Ceq≤0.42％。
选用匹配的焊接材料：
焊丝BHM-6，焊丝直径为Φ4mm，其化学组分及重量百分比为：C：0.12％，Mn：1.87％，Si：0.01％，P：0.013％，S：0.007％，其余为Fe及不可避免的杂质。
与烧结焊剂S101G匹配进行焊接，其熔敷金属的力学性能：抗拉强度Rm：535MPa，屈服强度Rp0.2：435MPa，延伸率A：26％，-50℃冲击功AKv：76J；
埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.5mm，钝边为5mm；
焊接工艺参数：焊接电流550A，电弧电压30V，焊接速度40cm/min、焊接热输入量15KJ/cm、焊剂烘焙制度为350℃×2h；对厚度为50mm+50mm组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度控制在100℃～200℃。
经对采用上述焊接方法焊接的低温风塔用钢板S355NL对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：510MPa，断裂位置：基材，接头冷弯d＝3a，180°合格，焊缝金属-50℃冲击功AKv：116J，热影响区熔合线外1mm处-50℃冲击功AKv：243J，热影响区熔合线外3mm处-50℃冲击功AKv：204J。
实施例2：
又一种本发明所述的低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括以下步骤：
采用热机械控轧控冷轧制工艺(TMCP)+正火生产的强度在≥490MPa级的低温风塔用钢板S355NL，厚板组合为50mm+50mm。试板尺寸为600mm×400mm×50mm；选用的S355NL低温风塔用钢的化学组分及重量百分比满足：C：0.10～0.14％，Mn：1.30～1.45％，Si：0.20～0.30％，P：≤0.013％，S：≤0.005％，Nb：0.020～0.030％，V：0.04～0.05％，Ti：≤0.03％，Ni：0.20～0.30％，Cr：≤0.08％，Mo：≤0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质；钢的碳当量Ceq≤0.42％。
选用匹配的焊接材料：
焊丝BHM-6，焊丝直径为Φ4mm，其化学组分及重量百分比为：C：0.12％，Mn：1.87％，Si：0.01％，P：0.013％，S：0.007％，其余为铁及不可避免的杂质。与烧结焊剂S101G匹配进行焊接，其熔敷金属的力学性能：抗拉强度Rm：535MPa，屈服强度Rp0.2：435MPa，延伸率A：26％，冲击功-50℃AKv：64J；
埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.5mm，钝边为8mm；
焊接工艺参数：焊接电流700A，电弧电压32V，焊接速度29cm/min、焊接热输入量50KJ/cm、焊剂烘焙制度为350℃×2h；对厚度为50mm+50mm组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度控制在100℃～200℃。
经对采用上述焊接方法焊接的低温风塔用钢板S355NL对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：516MPa，断裂位置：基材，接头冷弯d＝3a，180°合格，焊缝金属-50℃冲击功AKv：52J，热影响区熔合线外1mm处-50℃冲击功AKv：55J，热影响区熔合线外3mm处-50℃冲击功-AKv：99J。
本发明实现了海洋和严寒地区的低温风塔用钢板S355NL对接接头厚板结构制造过程焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊接接头具有优良的综合力学性能；在实施过程中，可以达到焊接接头力学性能优良和焊接效率较高二者兼顾的效果，实用性强、焊接操作简便、高效节能，适用于工厂低温风塔制造推广应用。
Claims (2)
1.一种低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)采用的低温风塔用钢S355NL的化学组分及重量百分比和技术条件满足以下条件：
所述S355NL低温风塔用钢的化学组分及重量百分比为：C：0.10～0.14％，Mn：1.30～1.45％，Si：0.20～0.30％，P：≤0.013％，S：≤0.005％，Nb：0.020～0.030％，V：0.04～0.05％，Ti：≤0.03％，Ni：0.20～0.30％，Cr：≤0.08％，Mo：≤0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质；钢的碳当量Ceq≤0.42％；
2)所用的焊接材料满足以下条件：
埋弧焊丝BHM-6，焊丝直径Φ4.0mm，配烧结焊剂SJ101G，焊剂SJ101G使用前烘焙制度为350℃×2h；焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.06～0.12％，Mn：1.60～2.0％，Si：≤0.07％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质；
3)埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.5mm，所述S355NL低温风塔用钢板厚≤50mm时，在环境温度不低于10℃时，不预热焊接；
4)选择焊接工艺参数，焊接接头焊缝金属及热影响区熔合线外1mm处-50℃冲击功AKv≥50J的焊接热输入量的控制范围是：≤50KJ/cm；施焊时层间温度控制在：≤200℃。
2.根据权利要求1所述的低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于：对厚度为50mm+50mm组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。
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