CN102990203A

CN102990203A - 一种80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺

Info

Publication number: CN102990203A
Application number: CN2012105317324A
Authority: CN
Inventors: 车马俊; 崔强; 李丽; 邓伟; 吴年春; 尹雨群; 刘朝霞; 李恒坤
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN102990203B

Abstract

本发明属于钢铁材料焊接领域，是一种80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，气保焊坡口采用对称K型坡口；保护气体为100%CO₂气体；焊接工艺参数：焊前预热温度为60-90℃，气体流量15-20L/min，焊接电流200-360A，焊接电压24-36V，焊接速度30-50cm/min，焊接热输入量6-25kJ/cm；对厚度为80mm+80mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度为60-100℃。本发明焊接接头具有优良的综合力学性能：焊接接头抗拉强度Rm≥540MPa，-40℃冲击功单值Akv≥70J，接头侧弯d=4a，180°合格。

Description

一种80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺

技术领域

本发明属于钢铁材料焊接领域，涉及一种气体保护焊焊接工艺，具体的说是一种80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺。

背景技术

随着我国能源的日益紧张以及综合实力的提升，我国海洋石油及天然气开发步伐逐步向深海迈进，大型海洋采油平台将会得到迅速发展，对采油平台用钢的厚度规格及强韧性的要求也越来越高。

海洋采油平台在开发油气田工程中起着支撑所有设备及井架的作用，属于持续承受重压的大型构件，其重要性不言而喻。同时，海洋采油平台的工作条件也很苛刻，服役时间跨越四季，工作环境温差变化较大，在冬季更要经受低温的考验。随着钢材强度的提高，对钢材的焊接质量要求也随之提高，焊接是海洋结构用钢必须经历的一个重要的工艺过程，焊接接头是海洋结构的重要组成部分，其质量直接影响到海洋结构的使用安全性和可靠性。特别是厚规格的海洋工程用钢板，其焊接接头性能更是难以保证，这给海洋平台的焊接施工带来了困难。

为了适应我国当前对能源战略的迫切需要，开发出力学综合性能优良的海洋工程用特厚钢板并解决其焊接关键技术，对于完善我国能源体系、独立开发深海油气资源及保证国家能源安全具有重要意义。

由于海洋平台服役环境十分恶劣，除承受重力载荷外，还受到海浪、潮流、台风、季风、温差等海洋环境的影响，这就需要海洋平台用钢的焊接接头具有良好的强度和韧性匹配。为确保海洋平台用钢E36的制造和运行安全，对80mm厚E36钢焊接接头的力学性能要求严格。为防止E36海洋工程用钢焊接接头的脆化问题，合理匹配焊接材料、优化焊接工艺参数、控制焊接热输入量是技术关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，焊接接头具有优良的力学综合性能，保证焊接接头强度不低于母材和-40℃冲击韧性不低于70J。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，包括以下步骤：

㈠所述80mm厚E36海洋工程用钢母材的屈服强度ReH 355～390MPa，抗拉强度Rm 500～540MPa，延伸率A 25～35%，-40℃冲击功Akv>100J；

㈡保护气体为100%的CO₂气体；

㈢坡口型式为对称K型坡口；

㈣气保焊焊接工艺参数：焊前预热，预热温度60～90℃；气体流量：15～20L/min；焊接电流200～360A，焊接电压24～36V，焊接速度30～0cm/min，焊接热输入量6～25kJ/cm；对厚度为80mm+80mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，其焊缝层间温度控制在80～200℃。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，步骤㈠中，选用匹配的药芯焊丝，焊丝直径Φ1.2mm或Φ1.6mm，焊丝抗拉强度>540MPa，-40℃冲击功Akv>100J。

前述的80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，步骤㈠中，药芯焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.06～0.09%，Mn：0.9～1.6%，Si：0.20～0.35%，S：≤0.02%，P：≤0.02%，Ni：0.80～1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。

前述的80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，步骤㈢中，K型坡口的正面坡口和反面坡口斜边角度均为45°～50°，根部钝边0～1mm，坡口装配间隙为0～3mm。

经过本发明焊接工艺的80mm厚E36海洋工程用钢焊接接头部位的力学性能为：抗拉强度Rm：≥540MPa，断裂位置为母材；接头侧弯d=4a，180°合格；钢板表层和1/2厚度的焊缝、熔合线及线外2mm、5mm处-40℃冲击功Akv≥70J。

上述80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊详细的焊接工艺方案制定及理由如下：

⑴焊接材料：针对80mm厚E36海洋工程用钢，为了解决保证焊接接头强度不低于母材和-40℃冲击韧性不低于70J的技术问题，经过申请人的多次试验及配比，最终制定药芯气保焊丝抗拉强度Rm>540MPa，-40℃冲击功Akv>100J，所用焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.06～0.09%，Mn：0.9～1.6%，Si：0.20～0.35%，S：≤0.02%，P：≤0.02%，Ni：0.80～1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质，以上焊丝可以达到焊缝金属的强度和-40℃冲击韧性与母材尽可能匹配。

⑵焊接预热温度：本发明按EN10225-2009附录G标准的规定进行可控热拘束(CTS)试验，用于评价钢材焊接热影响区氢致裂纹敏感性；按API RP 2Z-2005标准进行斜Y坡口焊接裂纹试验(又称小铁研试验)，用于评价对接接头焊接热影响区根部裂纹敏感性；按EN10225-2009附录F标准的规定进行表面堆焊硬度试验，用于评价钢材焊接冷裂纹倾向。通过不预热及不同焊前预热温度的上述试验，确定所用焊接接头力学综合性能优良的80mm厚E36海洋工程用钢低拘束条件下不预热焊接可防止焊接冷裂纹的产生；高拘束条件下应进行不低于60℃的低温预热。

⑶焊接热输入量：于焊接热输入量变化影响焊接热循环过程，从而对焊接接头的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对80mm厚E36气保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-40℃夏比V型缺口冲击功进行了测定。结果表明，焊接热输入量在6～25kJ/cm条件下，80mm厚力学综合性能优良的E36海洋工程用钢气保焊焊接接头力学性能：抗拉强度Rm≥540MPa，-40℃冲击功Akv≥70J，接头侧弯d=4a，180°合格。

本发明的有益效果是：⑴本发明满足低温条件下焊接接头力学综合性能优良的80mm特厚E36海洋工程用钢的焊接关键技术，采用合适的焊接材料和焊接工艺能够保证焊接接头强度不低于母材和-40℃冲击韧性不低于70J的高标准设计要求，焊接接头具有优良的力学综合性能。⑵本发明实现了大型海洋工程用80mm特厚E36钢板对接接头气保焊制造过程焊前低温预热，焊后免除热处理的焊接工艺，在实施过程中，焊接接头力学性能优良，实用性强，适用于大型海洋工程推广应用。

附图说明

图1是本发明采用的K型坡口型式。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，包括以下步骤：

采用正火热处理生产的屈服强度≥355MPa的强韧性优良的80mm厚E36海洋工程用钢，焊接试板组合为80mm+80mm，试板尺寸为800mm（长）×200mm（宽）×80mm（厚）。

焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.06%，Mn：0.9%，Si：0.20%，S：0.02%，P：0.02%，Ni：0.80%，Cr：0.01%，Mo：0.01%，V：0.01%，余量为Fe及不可避免杂质；焊丝直径为Φ1.2mm；气体流量15L/min；保护气体为100%CO2气体；气保焊坡口采用对称K型坡口，如图1所示，正面坡口和反面坡口角度均为45°，根部0.51mm钝边，坡口装配间隙为1mm。

焊接工艺参数：焊前预热温度60℃，焊接电流238A，焊接电压30V，焊接速度50cm/min，焊接热输入量6kJ/cm；对厚度为80mm+80mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在60℃。

实施例2

采用正火热处理生产的屈服强度≥355MPa的强韧性优良的80mm厚E36海洋工程用钢，焊接试板组合为80mm+80mm，试板尺寸为800mm（长）×200mm（宽）×80mm（厚）；

焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.08%，Mn：1.2%，Si：0.25%，S：0.01%，P：0.01%，Ni：0.90%，Cr：0.008%，Mo：0.007%，V：0.008%，余量为Fe及不可避免杂质；焊丝直径为Φ1.6mm；气体流量19L/min；保护气体为100%CO₂气体；气保焊坡口采用对称K型坡口，如图1所示，正面坡口和反面坡口角度均为48°，根部钝边为1mm，坡口装配间隙为2mm。

焊接工艺参数：焊前预热温度70℃，焊接电流350A，焊接电压35V，焊接速度20.5cm/min，焊接热输入量25kJ/cm；对厚度为80mm+80mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在80℃

实施例3

焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.09%，Mn：1.6%，Si：0.35%，S：0.015%，P：0.015%，Ni：1.00%，Cr：0.007%，Mo：0.007%，V：≤0.009%，余量为Fe及不可避免杂质；焊丝直径为Φ1.6mm；气体流量19L/min；保护气体为100%CO₂气体；气保焊坡口采用对称K型坡口，如图1所示，正面坡口和反面坡口角度均为50°，根部钝边1mm，坡口装配间隙为3mm。

焊接工艺参数：焊前预热温度90℃，焊接电流260A，焊接电压32V，焊接速度33cm/min，焊接热输入量15kJ/cm；对厚度为80mm+80mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在120℃。

经过上述实施例1-3的焊接方法对80mm厚E36海洋工程用钢进行埋弧焊焊接后，对焊接接头的力学性能进行检测，焊接接头的拉伸和侧弯性能如表1所示，冲击性能如下表2所示。

表1 焊接接头的拉伸及侧弯性能

表2 焊接接头的冲击性能

可见，实施例1-3得到的焊接接头的综合力学性能优良，达到了良好的强韧性匹配。焊接接头抗拉强度Rm≥540MPa，-40℃冲击功单值Akv≥70J，接头侧弯d=4a，180°合格。并且本专利提供的工艺实施方式简单，适用性很强。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：

㈡保护气体为100%的CO₂气体；

㈢坡口型式为对称K型坡口；

2.如权利要求1所述的80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，其特征在于：步骤㈠中，选用匹配的药芯焊丝，焊丝直径Φ1.2mm或Φ1.6mm，焊丝抗拉强度>540MPa，-40℃冲击功Akv>100J。

3.如权利要求1或2所述的80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，其特征在于：步骤㈠中，药芯焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.06～0.09%，Mn：0.9～1.6%，Si：0.20～0.35%，S：≤0.02%，P：≤0.02%，Ni：0.80～1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。

4.如权利要求1或2所述的80mm厚E36海洋工程用钢的药芯焊丝气体保护焊焊接工艺，其特征在于：步骤㈢中，K型坡口的正面坡口和反面坡口斜边角度均为45°～50°，根部钝边0～1mm，坡口装配间隙为0～3mm。