CN103056484A

CN103056484A - 一种低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺

Info

Publication number: CN103056484A
Application number: CN201310031470XA
Authority: CN
Inventors: 张苏强; 李丽; 邢春增; 何平; 刘文明; 汪晶洁
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺。采用与力学综合性能优良的低温合金钢板相匹配的焊接材料，母材的屈服强度ReH≧345MPa，抗拉强度Rm490~610MPa，延伸率A≧22%，-60℃冲击功Akv>27J；38mm厚13MnNi6-3低温合金钢手工电弧焊采用X型坡口；焊接工艺参数：焊接电流140~180A，焊接电压22~30V，焊接速度18~24cm/min，焊接热输入量15~20kJ/cm；对13MnNi6-3低温合金钢板对接接头采用多层多道手工电弧焊焊接，焊缝层间温度为60~200℃。本发明焊接接头具有优良的综合力学性能，实用性强，适合于低温容器钢板焊接的推广。

Description

一种低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺

技术领域

本发明属于钢铁材料焊接领域，特别是涉及一种38mm厚13MnNi6-3的低温合金钢的手工电弧焊焊接工艺。

背景技术

随着国民经济的快速发展和低温技术的普及, 液氮、液氧、液氩、液氢、液氦、液化天然气等低温液体的应用日趋广泛, 各行各业对贮存和输送低温液体的低温容器的需求不断增长。尤其是近几十年,国外主要跨国气体公司竞相在我国建立合资企业, 带来了先进的空分设备、技术和管理, 使我国低温液体的产量大幅度提高, 供应的地区和范围不断扩大, 价格大幅度降低, 促进了低温液体的应用, 带动了我国低温容器的发展, 使低温容器成为一个快速发展的行业。

低温容器具有体积小、储存运输方便等特点，但低温液体一般都具有易燃易爆、低温特性和易膨胀扩散性, 其使用过程中的安全性问题不容忽视。同时，低温容器使用温度一般较低，对低温合金钢的强度、韧性和厚度规格的要求也越来越高。随着对钢材要求的提高，对钢材的焊接质量要求也随之提高，焊接是低温容器制造过程中必须经历的一个重要工艺过程，焊接接头是低温容器的重要组成部分，其质量直接影响到低温容器的使用安全性和可靠性。特别是厚规格的低温合金钢，其焊接接头性能更是难以保证，这给低温容器的焊接制造过程带来了困难。

为了适应当前对低温容器行业的迫切需要，开发出力学综合性能优良的低温合金钢并解决其焊接关键技术，对于加快我国低温容器行业的发展及保证国家能源安全具有重要意义。为此，南京钢铁联合有限公司研发出力学综合性能优良的13MnNi6-3低温合金钢钢板，实物水平为板厚1/2处屈服强度ReH360~400MPa，抗拉强度Rm 510~560MPa，延伸率A 34~37%，-60℃冲击功Akv＞190J，使钢材达到极佳的强韧性匹配。

由于低温容器服役环境十分恶劣，在运输低温液体的时候还会受到各种外力影响，这就需要低温容器所用的低温和金钢的焊接接头具有良好的强度和韧性匹配。为确保低温合金钢13MnNi6-3的制造和运行安全，对38mm厚13MnNi6-3钢焊接接头的力学性能要求严格。焊接接头的拉伸性能要求不低于母材，对接接头各部位的低温韧性Akv-60℃≥50J。

为防止13MnNi6-3低温合金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之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温合金钢的手工电弧焊焊接工艺，采用该焊接工艺后，焊接接头力学综合性能优良，实用性强，适用于重要低温容器制造推广应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺，其特征在于：该手工电弧焊焊接工艺采用与低温合金钢板相匹配的焊接材料，钢板的屈服强度ReH ≧345MPa，抗拉强度Rm 490~610MPa，延伸率A ≧22%，-60℃冲击功Akv>27J；具体包括以下步骤：

1）坡口型式采用X型坡口；

2）手工电弧焊焊接工艺：焊接电流140~180A，焊接电压22~30V，焊接速度18~24cm/min，焊接热输入量15~20kJ/cm；对钢板对接接头采用多层多道手工电弧焊焊接，焊缝层间温度为60~200℃。

本发明中，选用匹配的手工焊焊条，焊条直径Φ3.2mm或Φ4.0mm，焊条熔敷金属的抗拉强度>540MPa，-60℃冲击功Akv>100J。步骤1）中，X型坡口的正面坡口和反面坡口斜边角度均为55°~65°，根部钝边0~1mm，坡口装配间隙为0~3mm。

本发明所采用焊条熔敷金属的化学成分及重量百分比为C：0.06~0.08%，Mn：1.2~1.5%，Si：0.35~0.50%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，Ni：0.5~0.7%，Ti：0.02~0.03%，B：0.002~0.003%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明所述低温合金钢板焊接接头部位的力学性能为：抗拉强度Rm：≥500MPa，断裂位置为钢板母材；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-60℃冲击功Akv≥50J。

上述焊接工艺方案制定及理由如下：

（1）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-60℃冲击韧性与钢板母材尽可能匹配，选用焊条熔敷金属的抗拉强度Rm≥540MPa，所用焊条熔敷金属的化学成分及重量百分比为C：0.06~0.08%，Mn：1.2~1.5%，Si：0.35~0.50%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，Ni：0.5~0.7%，Ti：0.02~0.03%，B：0.002~0.003%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。

（2）焊接预热温度

本发明按标准GB4675.1进行斜Y坡口焊接裂纹试验（又称小铁研试验），用于评价钢材焊接裂纹敏感性；按标准GB4675.5的规定进行表面堆焊硬度试验，用于间接评价钢材焊接冷裂倾向。通过不预热及不同焊前预热温度的上述试验，确定所用焊接钢板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。

（3）焊接热输入量

由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38mm厚13MnNi6-3低温合金钢手工电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-60℃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15~20kJ/cm条件下，38mm厚综合力学性能优良的13MnNi6-3低温合金钢手工电弧焊焊接接头力学性能：抗拉强度Rm≥500MPa，-60℃冲击功Akv≥50J，接头侧弯d=4a，180°合格。

本发明具有如下优点：

1、本发明满足低温条件下焊接接头力学综合性能。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-60℃冲击韧性不低于50J的高标准设计要求，焊接接头具有优良的力学综合性能。

2、本发明实现了低温容器用38mm厚13MnNi6-3低温合金钢板对接接头手工电弧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，适用于重要低温容器制造推广应用。

本发明特别适用于38mm厚13MnNi6-3低温合金钢板的焊接工艺中。

附图说明

图1 是本发明采用的X型坡口型式。

具体实施方式

实施例1

一种38mm厚13MnNi6-3低温合金钢的手工电弧焊焊接工艺，包括以下步骤：

采用正火热处理生产的屈服强度≥345MPa的强韧性优良的38mm厚13MnNi6-3低温合金钢，焊接试板组合为38mm+38mm，试板尺寸为800mm（长）×200mm（宽）×38mm（厚）；

匹配的焊接材料：

焊条熔敷金属C：0.06~0.08%，Mn：1.2~1.5%，Si：0.35~0.50%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，Ni：0.5~0.7%，Ti：0.02~0.03%，B：0.002~0.003%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。

焊丝直径为Φ4.0mm；

手工电弧焊坡口采用X型坡口，正面坡口和反面坡口角度均为55°~65°，根部0~1mm钝边，坡口装配间隙为0~3mm。

焊接工艺参数：焊前预热温度不低于60℃，焊接电流180A，焊接电压28V，焊接速度2.8mm/s，焊接热输入量18kJ/cm；对厚度为38mm+38mm组合钢板对接接头采用多层多道手工电弧焊焊接，焊缝层间温度控制在60~200℃。

表1 焊接接头的拉伸及侧弯性能

Figure 201310031470X100002DEST_PATH_IMAGE002A

表2 焊接接头的冲击性能

Figure 201310031470X100002DEST_PATH_IMAGE004A

可见，实施例1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≥5000MPa，-60℃冲击功单值Akv≥50J，接头侧弯d=4a，180°合格。并且本发明的工艺实施方式简单，适用性很强。

Claims

1.一种低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺，其特征在于：该手工电弧焊焊接工艺采用与低温合金钢板相匹配的焊接材料，钢板的屈服强度ReH ≧345MPa，抗拉强度Rm 490~610MPa，延伸率A ≧22%，-60℃冲击功Akv>27J；具体包括以下步骤：

1）坡口型式采用X型坡口；

2.根据权利要求1所述的低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺，其特征在于：选用匹配的手工焊焊条，焊条直径Φ3.2mm或Φ4.0mm，焊丝抗拉强度>540MPa，-60℃冲击功Akv>100J。

3.根据权利要求1所述的低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺，其特征在于：焊条的化学成分及重量百分比为：C：0.06~0.08%，Mn：1.2~1.5%，Si：0.35~0.50%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，Ni：0.5~0.7%，Ti：0.02~0.03%，B：0.002~0.003%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。

4.根据权利要求1所述的低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺，其特征在于：步骤1）中，X型坡口的正面坡口和反面坡口斜边角度均为55°~65°，根部钝边0~1mm，坡口装配间隙为0~3mm。

5.根据权利要求1所述的低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺，其特征在于：步骤2）中，焊前预热温度不低于60℃。