CN103464865B

CN103464865B - P690ql1高强度钢的等强匹配焊条手工焊焊接方法

Info

Publication number: CN103464865B
Application number: CN201310313437.6A
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: CN103464865A

Abstract

本发明提供一种P690QL1高强度钢的等强匹配焊条手工焊焊接方法，该方法包括以下步骤：1）焊条手工焊坡口采用不对称X型坡口；焊材为超低氢高韧性电焊条；2）将P690QL1钢板预热；3）焊条手工焊采用直流反接，电流为145-170A，电压为23-28V，焊接速度为8～20cm/min，线能量为16～35kJ/cm，焊剂烘烤温度为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，恒温温度为：565±20℃，保温2小时。本发明采用了一种超低氢高韧性电焊条，化学成分与母材相近，经过焊后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。

Description

P690QL1高强度钢的等强匹配焊条手工焊焊接方法

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焊条手工焊焊接方法。

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，纵缝通常采用焊条手工电弧焊的方法。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，需选择一种合适的电焊条和相应的焊接工艺，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焊条手工焊焊接方法。

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焊条手工焊焊接方法，该方法包括以下步骤：

1）焊条手工焊坡口采用不对称X型坡口，一侧坡口60°，另一侧坡口70°；所采用的焊材为超低氢高韧性电焊条CJ807RH，其化学成分满足以下要求：C≤0.10%，Mn：1.30～1.80%，Si≤0.50%，Ni：1.40～2.00%，Mo：0.30～0.60%，S≤0.020%，P≤0.020%，余量为Fe及不可避免的杂质；

2）将P690QL1钢板预热至130～150℃；

3）焊条手工焊采用直流反接，电流为145-170A，电压为23-28V，焊接速度为8～20cm/min，线能量为16～35kJ/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，所述步骤3）中焊条手工焊针对不同位置的工艺参数为：平焊或仰焊为：电流为145-170A，电压为23-28V，焊接速度为10～15cm/min，线能量为16～30kJ/cm；立焊为：电流为160-170A，电压为25-27V，焊接速度为8～14cm/min，线能量为20～35kJ/cm；横焊为：电流为160-170A，电压为25-27V，焊接速度为15～20cm/min，线能量为16～20kJ/cm。

上述方案中，所述步骤1）中的超低氢高韧性电焊条熔敷金属力学性能满足：屈服强度R_el≥690MPa，抗拉强度R_m：770～940MPa，延伸率A≥15%，-40℃冲击功Akv≥34J。

上述方案中，焊接过程中第一道采用焊条手工焊打底将坡口封底，然后一侧大坡口手工电弧焊焊完后，背面采用气刨清根，清根深度5～8cm，并打磨干净后经磁粉无损检测合格后，再进行背面的焊条电弧焊焊接。

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，所述焊条手工焊焊接方法采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过250℃。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

而本发明中提到的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。本发明采用了一种超低氢高韧性电焊条，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，还达到了焊接接头的在-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，有效地实现了高强度钢焊接接头的质量。

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焊条手工焊焊接方法，该方法包括以下步骤：

1）焊条手工焊坡口采用不对称X型坡口，一侧坡口60°，另一侧坡口70°；所采用的焊材为超低氢高韧性电焊条CJ807RH，其化学成分满足以下要求：C≤0.10%，Mn：1.30～1.80%，Si≤0.50%，Ni:1.40～2.00%，Mo:0.30～0.60%，S≤0.020%，P≤0.020%，余量为Fe及不可避免的杂质；

2）将P690QL1钢板预热至130～150℃；

下面对该焊条手工焊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超低氢高韧性电焊条为：CJ807RH，其化学成分满足以下要求：C:0.078%，Mn：1.54%，Si：0.35%，Ni:1.80%，Mo:0.34%，S：0.007%，P：0.012%，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）先焊大坡口侧焊缝，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，第一道采用焊条手工焊打底将坡口封底，便于后续焊接方便进行焊接。一侧大坡口手工电弧焊焊完后，背面采用气刨清根，清根深度5～8cm，并打磨干净后经磁粉（MT）无损检测合格后，再进行背面的焊条电弧焊焊接。

5）焊条电弧焊采用直流反接，电焊条直径：4.0mm，烘烤温度：350℃×2h。。

根据不同位置的焊接参数如下：

焊接位置

电流（A）

电压(V)

焊接速度

线能量

			(cm/min)	kJ/cm
					平焊/仰焊	145—170A	23—28	10—15	16—30
立焊	160—170A	25—27	8—14	20—35
					横焊	160—170A	25—27	15—20	16—20

6）本发明对42mm厚的P690QL1钢采用焊条手工电弧焊焊接，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12kJ/cm和最高线能量35kJ/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：730MPa，抗拉强度R_m：825MPa，冷弯d=6a，180°合格。-20℃冲击功：焊缝Akv＞85J，侧熔合线＞100J、熔合线外1mm、3mm、5m，Akv＞120J。

本发明的焊条手工电弧焊方法，有效解决了P690QL1高强度调质钢之间的焊接，实现了P690QL1钢高强度钢焊条手工电弧焊焊接接头经565±20℃、保温时间2小时的SR处理后，-20℃时焊接接头低温冲击Akv≥80J，保证了焊缝接头与母材强度匹配的要求。

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焊后消应力热处理处理，具体为：焊接工艺参数：电流180A，电压28V，焊接速度：8cm/min，线能量37.8J/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180A，电压28V，焊接速度：8cm/min，线能量37.8J/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

从对比例1可以看出，采用较大线能量的焊接参数，焊缝性能下降，强度勉强达到标准要求。但焊缝低温冲击值较低，无法满足使用要求。

从对比例2可以看出，经过SR热处理后，强度和低温冲击韧性均有所下降，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焊条手工焊焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1）焊条手工焊坡口采用不对称X型坡口，一侧坡口60°，另一侧坡口70°；所采用的焊材为电焊条CJ807RH，其化学成分满足以下要求：C≤0.10%，Mn：1.30～1.80%，Si≤0.50%，Ni:1.40～2.00%，Mo:0.30～0.60%，S≤0.020%，P≤0.020%，余量为Fe及不可避免的杂质；

2）将P690QL1钢板预热至130～150℃；

2.如权利要求1所述的焊条手工焊焊接方法，其特征在于，所述步骤3）中焊条手工焊针对不同位置的工艺参数为：平焊或仰焊为：电流为145-170A，电压为23-28V，焊接速度为10～15cm/min，线能量为16～30kJ/cm；立焊为：电流为160-170A，电压为25-27V，焊接速度为8～14cm/min，线能量为20～35kJ/cm；横焊为：电流为160-170A，电压为25-27V，焊接速度为15～20cm/min，线能量为16～20kJ/cm。

3.如权利要求1所述的焊条手工焊焊接方法，其特征在于，所述步骤1）中的电焊条熔敷金属力学性能满足：屈服强度R_el≥690MPa，抗拉强度R_m：770～940MPa，延伸率A≥15%，-40℃冲击功Akv≥34J。

4.如权利要求1所述的焊条手工焊焊接方法，其特征在于，焊接过程中第一道采用焊条手工焊打底将坡口封底，然后一侧大坡口手工电弧焊焊完后，背面采用气刨清根，清根深度5～8cm，并打磨干净后经磁粉无损检测合格后，再进行背面的焊条电弧焊焊接。

5.如权利要求1所述的焊条手工焊焊接方法，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。

6.如权利要求1所述的焊条手工焊焊接方法，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。

7.如权利要求1所述的焊条手工焊焊接方法，其特征在于，所述焊条手工焊焊接方法采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过250℃。