CN102126062B - 一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法 - Google Patents

一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法 Download PDF

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Abstract

一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法，它属于高强钢焊接技术领域，基本操作方法是：材料选用，焊材和焊接方法的选择，机械加工坡口，打磨，焊剂烘干，打底焊缝，填充焊缝，无损探伤，进行二次返修和检测焊接结果，其中焊材的选择、采用小热输入焊接和严格控制道间温度是重点，再者就是合理地匹配焊接工艺参数是保证二次返修焊缝具有良好的力学性能的保障，满足了大量海洋工程低温环境下焊接的需要，为低合金调质高强钢的应用提供了有效的途径。

Description

一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法
技术领域
本发明属于高强钢焊接技术领域，具体地说是一种高强钢焊接的二次返修工艺方法。
背景技术
在海洋船舶行业中，随着焊接结构对强度的要求，高强钢在焊接结构中得到越来越广泛的应用，但是高强钢对应力敏感性很强，经常出现热影响区的软化、热影响区的脆化、焊接冷裂纹，为此经常进行一次或二次返修。同时海洋船舶经常作业于低温环境下，这对船用高强钢的低温冲击韧性提出了更高的要求。
现行常规的工艺要求是：所用焊条或埋弧焊剂使用前必须根据制造厂家提供的技术要求进行烘焙；重要构件的焊接应选用低氢型焊材，并按规定进行保管和使用；装配质量应符合有关标准和工艺要求的规定，焊接坡口应清理干净，坡口两侧50mm～100mm范围内不得有油污、水锈等影响焊接质量的污物；可采用氧-乙炔火焰或远红外线加热方法进行预热；焊接不宜在大风、降雨及降雪天等恶劣环境下进行，如需施焊时，须有防止风、雨、雪袭击的设备，如篷、档板等；预热范围及温度：预热范围为焊缝及其两侧边缘向外延伸50mm的范围，使其保持一个基本均热带，预热温度应不小于规定的最低值；钢材预热温度应符合规范的要求；对低合金高强钢或含碳量大于0.23％、碳当量大于0.41％的重要焊接件等，应结合施工时的实际情况，编写专项焊接工艺，规定其预热温度范围；预热温度检测可采用测温笔、红外线测温枪或其它等效仪器进行检测；焊接不同强度级别或不同厚度钢材时，其预热温度可按照强度等级较高或厚度较大的钢材的预热要求来确定；焊接定位焊时应加大电流、减慢焊速，适当增大定位焊的长度(宜为常温焊接时的1.5～2.0倍，但不小于50mm)、熔深及截面积，且应保证熔合良好，不应有裂纹；焊接时电流应比常温下略大，不允许在坡口以外的母材上引弧，焊接应连续进行，弧坑应填满，层间温度应不小于预热温度，最大层间温度应符合相关标准的规定，通常不应大于250℃；焊接过程中因受外界因素的干涉而中断焊接时，对重要接头应采取保温或缓冷措施，继续焊接时应按规定的预热温度重新加热后方可施焊；打底焊道应减慢焊速、增加焊道厚度，严防裂纹产生；调质钢焊接时，须采用回火焊道逐层进行退火焊。对于某些特殊要求的焊接没有给出具体的工艺方法，也就是说这些有特殊要求的工艺方法，有常规方法不具备的技术特征，从而达到意想不到的有益效果。
发明内容
发明目的就是提供一种满足-60℃低温冲击韧性要求的高强钢焊接二次返修工艺方法。
本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的：
本发明的目的解决的重点难点在于：热输入的控制，也是获得无缺陷、性能优良焊缝的关键之一。热输入过小，冷却速度快，焊缝和热影响区容易出现淬硬组织进而裂纹倾向性增加，也不利于氢逸出；热输入过大，热影响区宽，过热区晶粒粗大，冷却速度慢，Tg/s增大，焊缝和热影响区生成上贝氏体+M+A组元的脆性组织或魏氏体组织而脆化。所以在本发明的高强钢焊接中应优化选择热输入，通过后道焊缝对前道焊缝的淬火和回火作用，使得热影响区粗晶粒区形成细晶针状铁素体，或使焊接热影响区中下贝氏体所占比例增大，可有效地改善冲击韧性。
一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法很好地解决了上述问题，它的基本做法是：在平焊位置采用气体保护焊进行打底焊接，采用埋弧焊进行填充并盖面，焊接完成后采用气体保护焊在横焊和立焊位置分别进行二次返修。
所以一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法，包括如下步骤：
1、材料的选用：母材的选用，对于返修工艺方法而言，母材是确定的；
2、焊材及焊接方法的选用：因为对于返修工艺方法而言母材是确定的，所以焊材及焊接方法的选用至关重要，基本原则是根据焊材与母材等强匹配的原则，焊材的成分尽量与母材相近，同时还要兼顾与特殊要求相配合的力学、低温冲击性能等要素，来选用焊材的。
3、焊接坡口的加工：焊缝接头处采用X形坡口(1)，组对间隙(2)1.5mm-3mm，钝边为1-2mm，坡口(1)角度为60°±5°；
4、焊接坡口的打磨清理：焊前对坡口(1)两侧各20-30mm部位进行打磨，除去表面的铁锈及油脂等影响焊缝性能的杂质，直至打磨光亮为止，并用丙酮或酒精进行擦洗；
5、焊剂的烘干：把焊剂在260-300℃范围内烘干，目的是除去焊剂中的水分，减少氢对焊接过程及焊接的影响，防止产生冷裂纹等缺陷；
6、焊接预热：预热最低温度为60℃，道间温度不得高于200℃；
7、打底焊缝(3)：采用CO2气体保护焊，焊接电流I＝170-240A，电压V＝23-27V，焊接速度150-190mm/min，保护气流量为20-25L/min，焊接热输入1.2-2.4KJ/mm，道间温度80-160℃，直流反接；
8、填充焊缝(3)：采用埋弧焊，焊接电流I＝550-650A，电弧电压V＝26-30V，道间温度85-170℃，焊接速度450-520mm/min，焊接热输入2.0-2.8KJ/mm，直流反接；
9、无损探伤：焊接完成48小时后，进行磁粉和超声波无损探伤，确保焊缝没有缺陷；
10、一次返修(4)：采用CO2气体保护焊，选取横焊位置进行，焊接电流I＝160-220A，电压V＝22-27V，焊接速度140-214mm/min，保护气流量为20-25L/min，焊接热输入1.2-2.4KJ/mm，直流反接；
11、二次返修(5)：采用CO2气体保护焊，选取立焊位置进行，方向是自下向上，焊前预热最低温度是60℃，道间温度不得高于200℃，并在焊接过程中对道间温度和工艺参数：焊接电流I＝155-230A，电压V＝23-28V，焊接速度139-195mm/min，保护气流量为20-25L/min，焊接热输入1.3-2.8KJ/mm，直流反接，进行监控；
12、进行外观检验、无损探伤(MT、UT、RT)和力学性能检测(包括横向拉伸、横向弯曲、-60℃低温冲击、焊缝及母材的硬度检测)
本发明的有益效果是对于-60℃低温条件下船舶焊接技术的探讨，满足了大量海洋工程的需要，为低合金调质高强钢的应用提供了有效的途径。
附图说明
图1为焊接坡口示意图；
图2为焊接返修示意图；
1是坡口，2是坡口间隙，3是焊缝，4是一次返修区，5是二次返修区，6是A区，7是B区；
具体实施例
结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例：如图1和图2所示，
1、材料的选用：母材选用NVF36，规格为800mm×200mm×40mm，为TMCP状态，其主要的化学成分和力学性能如下：
NVF36的主要化学成分[质量分数](％)
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Ni   Cn   Ti   Mo
  0.09   0.35   1.45   0.013   0.002   0.019   0.004   0.005   0.012   0.004
NVF36的主要力学性能
Figure BSA00000411148100051
2、焊材及焊接方法的选择：根据焊材与母材等强匹配原则，焊丝的成分尽量与母材相近，所以选取气保护药芯焊丝dual shield II81-K2(φ1.2mm/AWS5.29/E81T1-K2)和埋弧焊实心焊丝L-S3(φ4.0mm/AWS5.17/F7A8-EH12K H8)，其化学成分和力学性能如下：
焊材的主要化学成分【质量分数】(％)
Figure BSA00000411148100052
焊材的主要力学性能
焊剂选用林肯公司的8500。
3、焊缝接头处采用X形坡口(1)，组对间隙(2)1.5mm-3mm，钝边为1-2mm，坡口(1)角度为60°(图1中)；
4、焊前对坡口(1)两侧各30mm部位进行打磨，除去表面的铁锈及油脂等影响焊缝性能的杂质，直至打磨光亮为止，并用丙酮或酒精进行擦洗(图1中)；
5、将焊剂在300℃温度下烘干；
6、焊接前预热温度为60℃，道间温度为200℃；
7、打底焊缝(3)，采用CO2气体保护焊，焊接电流I＝170-240A，电压V＝23-27V，焊接速度150-190mm/min，保护气流量为20-25L/min，焊接热输入1.2-2.4KJ/mm，道间温度80-160℃，直流反接(图1中)；
8、填充焊缝(3)，采用埋弧焊，焊接电流I＝550-650A，电弧电压V＝26-30V，道间温度85-170℃，焊接速度450-520mm/min，焊接热输入2.0-2.8KJ/mm，直流反接(图1中)；
9、焊接完成48小时后，进行磁粉(MT)和超500声波(UT)无损探伤，确保无缺陷；
10、一次返修(4)：采用CO2气体保护焊，选取横焊位置进行，直流反接，焊接电流I＝160-220A，电压V＝22-27V，焊接速度140-214mm/min，保护气流量为20-25L/min，焊接热输入1.2-2.4KJ/mm(图2中)；
11、二次返修(5)：采用CO2气体保护焊，选取立焊位置进行，方向是自下向上，焊前预热温度是60℃，道间温度为200℃，直流反接，并在焊接过程中对道间温度和工艺参数进行监控；(图2中)工艺参数见下表：
工艺参数
Figure BSA00000411148100071
12、焊缝质量检验：进行外观检验、无损探伤(MT磁粉、UT超声波、RT射线)和力学性能检测(包括横向拉伸、横向弯曲、-60℃低温冲击、焊缝及母材的硬度检测)。
焊缝金属的冲击吸收功
焊接接头维氏硬度值【HV10】
Figure BSA00000411148100081

Claims (4)

1.一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法，其工艺方法包括：材料的选用、焊材及焊接方法的选择、焊接坡口的加工、焊接坡口的打磨清理、焊剂的烘干、焊接预热和焊接质量检测，其特征在于：其工艺方法还包括：打底焊缝、填充焊缝、无损探伤、一次返修和二次返修；
打底焊缝：采用CO2气体保护焊，工艺参数：焊接电流I=170-240A,电压V=23-27V，焊接速度150-190mm/min,保护气流量20-25L/min，焊接热输入1.2-2.4KJ/mm,道间温度80-160℃，直流反接；
填充焊缝：采用埋弧焊，工艺参数：焊接电流I=550-650A，电弧电压V=26-30V,道间温度85-170℃，焊接速度450-520 mm/min，焊接热输入2.0-2.8KJ/mm，直流反接；
无损探伤：焊接完成48小时后，进行无损探伤；
一次返修:采用CO2气体保护焊，选取横焊位置进行，工艺参数：焊接电流I=160-220A,电压V=22-27V，焊接速度140-214mm/min,保护气流量为20-25L/min，焊接热输入1.2-2.4KJ/mm,直流反接；
二次返修:采用CO2气体保护焊，选取立焊位置进行，方向是自下向上，焊前预热最低温度是60℃，道间温度不得高于200℃，并在焊接过程中对道间温度和工艺参数进行监控,工艺参数:焊接电流I=155-230A,电压V=23-28V，焊接速度139-195mm/min,保护气流量为0-25L/min，焊接热输入1.3-2.8KJ/mm,直流反接。
2.根据权利要求1所述的一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法，其特征在于：所述的焊接坡口的加工是焊缝接头处采用X形坡口，组对间隙1.5mm-3mm，钝边为1-2mm,坡口角度为60±5°。
3.根据权利要求1所述的一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法，其特征在于：所述的焊接坡口的打磨清理是焊前对坡口两侧各20-30mm部位进行打磨，除去表面的铁锈及油脂等影响焊缝性能的杂质，直至打磨光亮为止，并用丙酮或酒精进行擦洗。
4.根据权利要求1所述的一种高强钢焊缝的二次返修工艺方法，其特征在于:所述的焊剂的烘干是把焊剂在260-300℃温度范围内烘干。
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