CN103433603B

CN103433603B - P690ql1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法

Info

Publication number: CN103433603B
Application number: CN201310312459.0A
Authority: CN
Inventors: 黄金祥; 易昶; 潘伍覃
Original assignee: Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd
Current assignee: Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN103433603A

Abstract

本发明提供一种P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，该方法包括以下步骤：1）埋弧焊坡口采用不对称X型坡口；所采用的焊材为：埋弧焊材料：S3Ni2焊丝和SA？FB155AC焊剂；2）将P690QL1钢板预热；3）采用直流反接，电流500-550A，电压28-32V，焊接速度35～40cm/min，线能量20～32kJ/cm，焊剂烘烤温度350℃×2h；4）焊接后进行消氢热处理；5）焊缝无损检测合格后进行焊后消应力热处理。本发明的埋弧焊方法实现了P690QL1钢高强度钢埋弧自动焊焊接接头经SR处理后，-20℃时焊接接头的高韧性，保证了焊缝接头与母材强度匹配的要求。

Description

P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法

技术领域

本发明涉及钢铁焊接领域，尤其是涉及一种P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法。

背景技术

全压式LPG运输船的主要设备即大型卧式储罐，用于储运LPG。

LPG运输船储罐的特点：体积大，质量大，长度长，储罐由直筒体和封头组成，属船载压力容器。由于水路运输考虑到成本，业主希望储罐容积尽可能做到更大，因此更高强度钢P690QL1用于制造LPG船储罐，在用钢量一定的条件，可以实现储罐容积更大化。由于储罐焊缝在无损检测合格后，需经整体消应力热处理（SR处理），而SR处理对焊缝的力学性能尤其低温冲击韧性影因较大（低温冲击功通常下降约1/3～2/3），因此，检验P690QL1高强钢焊接接头的力学性能指标，须对焊接试板进行模拟产品SR处理后进行试验，才有实际意义。

采用P690QL1高强钢制造LPG运输船储罐时，为降低劳动强度，提高焊接效率，环缝通常采用埋弧自动焊方法。储罐环缝通常要求实现等强匹配，高强钢的等强匹配，除要保证焊缝强度达到母材P690QL1的最低强度外，关键是要实现焊缝接头经SR处理后的低温冲击韧性。因此，需选择一种合适的埋弧焊丝+焊剂组合和相应的焊接工艺，使焊接时具有良好的焊接工艺性，即接头不易出现缺陷，并经模拟产品SR处理后，仍具有一定的强度和保持较高的低温韧性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能保证高强度钢焊接接头质量的P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，该方法包括以下步骤：

1）埋弧焊坡口采用不对称X型坡口，一侧坡口60°，另一侧坡口70°；所采用的焊材为：埋弧焊材料：S3Ni2焊丝和SA FB155AC焊剂，其中所述焊丝化学成分满足以下要求：C:0.07～0.15%，Si:0.10～0.25%，Mn：1.20～1.80%，P≤0.020%，S≤0.020%，Cr:0.30～0.85%，Ni:2.00～2.60%，Mo:0.40～0.70%，Cu≤0.30%，余量为Fe及不可避免的杂质；

2）将P690QL1钢板预热至130～150℃；

3）埋弧焊采用直流反接，电流为500-550A，电压为28-32V，焊接速度为35～40cm/min，线能量为20～32kJ/cm，焊剂烘烤温度为350℃×2h；

4）焊接后进行消氢热处理，保温1-2小时，保温温度为250℃～300℃；

5）焊缝无损检测合格后，进行焊后消应力热处理，恒温温度为：565±20℃，保温2小时。

上述方案中，焊接过程中第一道采用等强度焊条手工焊打底将坡口封底，然后一侧大坡口埋弧焊焊完后，背面采用气刨清根，将第一道焊条焊熔敷金属全部刨掉，并打磨干净后经磁粉无损检测合格后，再进行背面的埋弧焊焊接。

上述方案中，所述P690QL1钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.20%，Si≤0.80%，Mn≤1.70%，P≤0.020%，S≤0.010%，N≤0.015%，B≤0.005%，Cr≤1.50%，Mo≤0.70%，Cu≤0.30%，Nb≤0.06%，Ni≤2.50%，Ti≤0.05%，V≤0.12%，Zr或Al，其中选用Zr时使Zr≤0.15%，选用Al时使Al≥0.018%，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述方案中，所述P690QL1钢板的力学性能满足：屈服强度R_el≥690MPa，抗拉强度R_m：770～940MPa，延伸率A≥14%，冷弯b=3a，d=3a，180°合格，-20℃横向冲击功Akv≥40J。

上述方案中，所述埋弧焊接采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过250℃。

上述方案中，由于实际焊缝组对间隙不可能呈理想状态，故焊接过程中第一道采用焊条手工焊打底将坡口封底，避免由于坡口不规则对后续埋弧焊产生不利影响。然后一侧大坡口埋弧焊焊完后，背面采用气刨清根，将第一道焊条焊熔敷金属全部刨掉，并打磨干净后经磁粉无损检测合格后，再进行背面的埋弧焊焊接。

与现有技术相比，本发明取得的技术效果是：本发明中提到的P690QL1是按照欧标（EN10028：6）生产的高强度调质钢，最小屈服强度为690MPa，抗拉强度为770MPa～940MPa。本发明采用一种高强度、高韧性的埋弧焊丝+焊剂组合，化学成分与母材相近，经过565±20℃，保温2小时的焊后SR处理，保证了焊缝接头的强度，还达到了焊接接头在-20℃低温时的高韧性，解决了低温韧性不易实现Akv≥41J的难题，同时保证了焊缝接头与母材强度匹配的要求。该方法有效地实现了高强度钢焊接接头的质量全压式LPG运输船的主要设备即大型卧式储罐，用于储运LPG。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的坡口的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例1

本发明实施例提供一种P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2）将P690QL1钢板预热至130～150℃；

下面对该埋弧焊接方法中的工艺参数进行具体说明：

1）预热温度：

本实施例中采用42mm厚的P690QL1板进行焊接，其试验用的P690QL1（炉批号2）的化学成份为：C：0.14%，Si：0.33%，Mn：1.24%，P：0.009%，S：0.001%，N：0.0057%，B:0.0016%，Cr：0.37%，Mo：0.26%，Cu：0.080%，Nb：0.020%，Ni：0.48%，Ti：0.018%，V：0.046%，Al：0.047%，余量为Fe及不可避免的杂质。

焊材扩散氢含量为按1.5ml/100g来计算，防止冷裂纹出现的最低预热温度为130～150℃。焊前实际预热到140℃，焊接过程中严格控制层间温度不超过250℃。

2）焊接材料：

本发明中的P690QL1钢焊接接头采用了一种高强度并保证高韧性的埋弧焊丝+焊剂组合，所采用的焊丝为S3Ni2，直径Φ4.0mm，焊剂SA FB155AC,满足-40℃低温冲击功大于47J，其焊丝成分：C：0.12%，Si：0.23%，Mn：1.59%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：2.21%，Cr：0.68%，Mo：0.49%，Cu:0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质。

3)坡口采用不对称X型坡口（如图1所示），一侧坡口60°，另一侧坡口70°；坡口打磨至焊缝周围20mm范围，清除油污水锈，露出金属光泽。

4）第一道打底：由于储罐直径较大，现场实际坡口的大小和间隙会出现不规则的情况，第一道采用等强度焊条手工焊打底将坡口封底，便于埋弧焊进行焊接。一侧大坡口埋弧焊焊完后，背面采用气刨清根，将第一道焊条焊熔敷金属全部刨掉，并打磨干净后经磁粉（MT）无损检测合格后，再进行背面的埋弧焊焊接。

5）埋弧焊采用直流反接，电流500-550A，电压28-32V，焊接速度：35～40cm/min，线能量20～32kJ/cm。焊剂烘烤温度：350℃×2h。

6）本发明对42mm厚的P690QL1钢采用埋弧自动焊焊接，进行多层多道施焊，直至填满焊缝为止。根据焊接工艺评定试验原则，多层多道焊接过程中，采用了最低线能量20kJ/cm和最高线能量32kJ/cm进行焊接。

7）焊后进行消氢热处理，保温1～2小时。保温温度为250℃～300℃。

试验结果：焊缝金属屈服强度：R_el：755MPa，抗拉强度R_m：870MPa，冷弯d=4a，180°合格。-20℃冲击功：焊缝Akv＞80J，侧熔合线＞80J、熔合线外1mm、3mm、5m，Akv＞119J。

本发明的埋弧焊方法，有效解决了P690QL1高强度调质钢之间的焊接，实现了P690QL1钢高强度钢埋弧自动焊焊接接头经SR处理后，-20℃时焊接接头的高韧性，Akv≥70J，保证了焊缝接头与母材强度匹配的要求。同时埋弧自动焊还提高了焊接效率，降低了劳动强度。

对比例1

对比例1与实施例1大致相同，不同之处在于选用的焊接工艺参数不同以及未进行SR处理，具体为：焊接工艺参数：电流660—720A，电压33-35V，焊接速度：40～45cm/min，线能量35～40kJ/cm。对比例1得到的接头抗拉强度的测试结果如表1所示。

对比例2

对比例2与实施例1大致相同，不同之处在于选用的焊接工艺参数不同，具体为：焊接工艺参数：电流660—720A，电压33-35V，焊接速度：40～45cm/min，线能量35～40kJ/cm。对比例2得到的接头抗拉强度的测试结果如表1所示。

表1

对比例2可以看出，经过SR热处理后，强度稍有下降，但仍能满足强度要求。但焊缝及热影区低温冲击韧性急剧下降，无法满足使用要求。

需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2）将P690QL1钢板预热至130～150℃；

2.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，焊接过程中第一道采用等强度焊条手工焊打底将坡口封底，然后一侧大坡口埋弧焊焊完后，背面采用气刨清根，将第一道焊条焊熔敷金属全部刨掉，并打磨干净后经磁粉无损检测合格后，再进行背面的埋弧焊焊接。

3.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述P690QL1钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.20%，Si≤0.80%，Mn≤1.70%，P≤0.020%，S≤0.010%，N≤0.015%，B≤0.005%，Cr≤1.50%，Mo≤0.70%，Cu≤0.30%，Nb≤0.06%，Ni≤2.50%，Ti≤0.05%，V≤0.12%，Zr或Al，其中选用Zr时使Zr≤0.15%，选用Al时使Al≥0.018%，余量为Fe及不可避免的杂质。

4.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述P690QL1钢板的力学性能满足：屈服强度R_el≥690MPa，抗拉强度R_m：770～940MPa，延伸率A≥14%，冷弯b=3a，d=3a，180°合格，-20℃横向冲击功Akv≥40J。

5.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述埋弧焊接采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过250℃。