CN102363238B - 一种低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺，包括如下步骤：采用满足化学组分及重量百分比和船级社规范的F550厚板，钢的碳当量Ceq≤0.60％；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50-60°，坡口间隙为2-5mm，钢板厚≤60mm时，在环境温度不低于10℃时，预热100℃焊接；选择焊接工艺参数，焊接热输入量≤50kJ/cm。本发明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良好的冲击韧性。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金高强度钢的焊接工艺，具体地说是一种低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺。
背景技术
近年来，随着国民经济的快速发展，海洋平台建设日趋向超大型化发展。装备的大型发展要求建设用钢铁材料具有较厚规格的同时，还需具有较高的强度及较好的低温冲击韧性，这给材料的焊接带来了一系列的问题。其中问题之一是经过焊接后，厚板的焊接热影响区冲击韧性严重降低。在某种程度上，焊接技术成为海洋平台建设的关键技术之一。
大规格高强钢焊接热影响区韧性的降低，从焊接冶金理论分析，主要源于两个方面：（1）粗晶脆化，由于受到近熔点温度的热循环，奥氏体晶粒长大严重，粗大的晶粒使得韧性急剧下降；（2）组织脆化，对于低合金高强钢，在一定冷却范围内，生成M-A组元，恶化了热影响区韧性。
提高焊接热影响区的韧性，从三方面考虑，一是研制新型钢种，通过调整合金成分（CN1989265、CN101109677、CN101182618、CN101292055），减少在焊接过程中热影响区生成恶化韧性的组织；通过新的控轧控冷工艺（CN101165202），在焊接过程中，形成粒子阻碍奥氏体长大、不产生渗碳体，以提高粗晶区韧性；通过采用氧化物冶金原理，在钢中添加Ca元素（CN101476018），或Ti元素（CN1766148），利用冶金反应生成形成细小弥散的纳米级复合粒子，有效钉扎奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒粗化；二是通过特殊的焊后处理方法，在多层焊接接头的最终道次形成的热影响区表面上，进行超声波振动端子的打击处理，或者超声波振动钢球的喷丸硬化处理，细化热影响区的晶粒（CN1708593）。
采用研制新钢种的方法，需要有深厚的理论基础，并在此基础上进行大量的试验来实现，成本高，研发周期长；采用特殊的处理方法，需要专用的处理设备，且要进行二次劳动，增加了劳动强度，同时提高了生产成本。
发明内容
为解决以上问题，本发明的目的在于提供一种低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺，该工艺能解决埋弧焊焊接工艺与匹配材料问题，施焊前预热，采用所述工艺焊接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良好的冲击韧性储备及安全富裕度。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
1)采用的低温海工用厚板的化学组分及重量百分比为：C：0.05-0.14%；Si：0.10-0.35%；Mn：1.0-1.6%；P<0.010%；S<0.002%；Nb：0.02-0.05%；Ti：0.007-0.02%；Zr：0.002-0.010%；Als：0.001-0.020%；Mo：0.15-0.5%，Cr：0.2-0.6%，Ni：0.2-0.8%，Cu：0.2-0.8%，余量为Fe和微量杂质；其中钢的碳当量Ceq≤0.60％；
低温海工用厚板可以是低温海工用厚板F550，技术条件为：Rm>670MPa，接头侧弯d＝3a，180°合格，焊缝金属、热影响区熔合线、热影响区熔合线外2mm及5mm处-60℃冲击≥55J，焊接接头拉伸试验断于基材；
2)埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为50-60°，坡口间隙为2-5mm，在环境温度不低于10℃时，F550低温海工用厚板预热100℃后焊接；所用的焊接材料满足以下条件：焊丝牌号为：伊萨焊丝牌号Spoolarc ENi4，其成分为：0.165%C, 0.84%Mn, 0.19%Si, 0.003%S, 0.009%P, 0.009%Cu, 0.1%Cr, 0.15%Mo, 1.73%Ni, 0.004Al, 焊剂牌号OK FLUX 10.62。焊丝直径为：4mm；
3)选择焊接工艺参数，焊缝金属、热影响区熔合线、热影响区熔合线外2mm及5mm处-60℃冲击≥55J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：≤150℃。
本发明中焊接工艺参数为焊接电流500-700A，电弧电压29-34V，焊接速度27-30cm/min、焊接热输入量30-50kJ/cm、焊剂烘焙制度为350℃×2h。
本发明中，对厚度为60mm+60mm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。
本发明能解决埋弧焊焊接工艺与匹配材料问题，施焊前预热，采用所述工艺焊接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良好的冲击韧性储备及安全富裕度。本发明特别适用于低温海工用厚板F550的埋弧焊焊接中。
附图说明
图1是本发明中 F550焊接试板规格及坡口型式图。
具体实施方式
下面结合实施例方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种低温海工用厚板F550埋弧焊焊接工艺，该工艺包括以下步骤：
低温海工用厚板F550，其化学组分及重量百分比为：C:0.08%，Si:0.28%，Mn:1.53%，P:0.006%，S:0.001%，Als:0.006%，Nb:0.024%，Ti:0.010%，Zr: 0.006%, Cr+Mo+Ni+Cu=2.0%，钢的碳当量Ceq=0.55％，余量为Fe和微量杂质。其厚度为60mm。
焊接材料为Spoolarc ENi4，其成分为：0.165%C, 0.84%Mn, 0.19%Si, 0.003%S, 0.009%P, 0.009%Cu, 0.1%Cr, 0.15%Mo, 1.73%Ni, 0.004Al, 焊剂牌号OK FLUX 10.62。焊丝直径为：4mm。
采用埋弧焊方法。坡口采用对称双面X 型坡口，坡口角度为50-60°，坡口间隙为2-5mm，F550低温海工用厚板在环境温度不低于10℃时，预热100℃焊接。焊接工艺参数为焊接电流500-510A，电弧电压29-30V，焊接速度30cm/min、焊接热输入量30kJ/cm。焊剂烘焙制度为350℃×2h。采用多层多道焊。
图1是本发明中 F550焊接试板规格及坡口型式图。经对采用上述焊接方法焊接的F550低温海工用厚板对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：685MPa，断裂位置：基材，接头冷弯d ＝ 3a，180°合格，焊缝金属-60℃冲击功AKv ：120J，热影响区熔合线-60℃冲击功AKv ：115J，热影响区熔合线外2mm 处-60℃冲击功AKv ：202J，热影响区熔合线外5mm 处-60℃冲击功AKv ：231J。
实施例2
又一种低温海工用厚板F550埋弧焊焊接工艺，该工艺包括以下步骤：
低温海工用厚板F550，其化学组分及重量百分比为：C:0.08%，Si:0.28%，Mn:1.53%，P:0.006%，S:0.001%，Als:0.006%，Nb:0.024%，Ti:0.010%，Zr: 0.006%, Cr+Mo+Ni+Cu=2.0%，钢的碳当量Ceq=0.55％，余量为Fe和微量杂质。其厚度为60mm。
焊接材料为Spoolarc ENi4，其成分为：0.165%C, 0.84%Mn, 0.19%Si, 0.003%S, 0.009%P, 0.009%Cu, 0.1%Cr, 0.15%Mo, 1.73%Ni, 0.004Al, 焊剂牌号OK FLUX 10.62。焊丝直径为：4mm。
采用埋弧焊方法。坡口采用对称双面X 型坡口，坡口角度为50-60°，坡口间隙为2-5mm，F550低温海工用厚板在环境温度不低于10℃时，预热100℃焊接。焊接工艺参数为焊接电流680-700A，电弧电压33-34V，焊接速度27cm/min、焊接热输入量50kJ/cm。焊剂烘焙制度为350℃×2h。采用多层多道焊。
经对采用上述焊接方法焊接的F550低温海工用厚板对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：680MPa，断裂位置：基材，接头冷弯d ＝ 3a，180°合格，焊缝金属-60℃冲击功AKv ：69J，热影响区熔合线-60℃冲击功AKv ：85J，热影响区熔合线外2mm 处-60℃冲击功AKv ：185J，热影响区熔合线外5mm 处-60℃冲击功AKv ：190J。
本发明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良好的冲击韧性。
Claims (4)
1.一种低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
1)采用的低温海工用厚板的化学组分及重量百分比为：C：0.05-0.14%；Si：0.10-0.35%；Mn：1.0-1.6%；P<0.010%；S<0.002%；Nb：0.02-0.05%；Ti：0.007-0.02%；Zr：0.002-0.010%；Als：0.001-0.020%；Mo：0.15-0.5%，Cr：0.2-0.6%，Ni：0.2-0.8%，Cu：0.2-0.8%，余量为Fe和微量杂质；其中钢的碳当量Ceq≤0.60％；
2)埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为50-60°，坡口间隙为2-5mm，在环境温度不低于10℃时，低温海工用厚板预热100℃后焊接；
3)选择焊接工艺参数，焊缝金属、热影响区熔合线、热影响区熔合线外2mm及5mm处-60℃冲击≥55J，焊接热输入量的控制范围是：≤50kJ/cm；施焊时层间温度控制在：≤150℃。
2.根据权利要求1 所述的低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺，其特征在于：对厚度为60mm+60mm组合钢板埋弧焊对接接头采用连续施焊，直至焊缝填满。
3.根据权利要求1 所述的低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺，其特征在于：步骤2）中，所用焊丝牌号为：伊萨焊丝牌号Spoolarc ENi4，成分满足以下条件：0.165%C, 0.84%Mn, 0.19%Si, 0.003%S, 0.009%P, 0.009%Cu, 0.1%Cr, 0.15%Mo, 1.73%Ni, 0.004%Al；焊剂牌号OK FLUX 10.62；焊丝直径为：4mm。
4.根据权利要求1 所述的低温海工用厚板埋弧焊焊接工艺，其特征在于：步骤3）中，焊接电流500-700A，电弧电压29-34V，焊接速度27-30cm/min、焊接热输入量30-50kJ/cm、焊剂烘焙制度为350℃×2h。
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