CN103464876A

CN103464876A - P690ql1与q370r异种钢的埋弧焊焊接方法

Info

Publication number: CN103464876A
Application number: CN2013103134501A
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: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN103464876B

Abstract

本发明提供一种P690QL1与Q370R异种钢的埋弧焊焊接方法，其特征在于，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MCJQ-1焊丝和SJ101烧结型焊剂；2）将P690QL1与Q370R钢板预热；3）埋弧焊采用直流反接，电流为500-550A，电压为26-32V，焊接速度为35～40cm/min，线能量为20～35kJ/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。本发明的埋弧焊方法，有效解决了异种钢两种钢强度相差较大，有效地保证高强度异种钢焊接接头的质量。

Description

P690QL1与Q370R异种钢的埋弧焊焊接方法

技术领域

本发明涉及钢铁焊接领域，尤其是涉及一种高度强度压力容器用调质钢P690QL1与一种较低强度压力容器用正火钢Q370R钢之间的埋弧焊焊接方法。

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。由于高强度钢不易冷加工，因而储罐封头或其它部分附件常采用加工性能好的较低强度钢Q370R。在制造过程中，需要将P690QL1和Q370R异种钢进行焊接，由于大型储罐焊接量大，该两种钢的连接部分通过采用埋弧自动焊的方法进行焊接，可降低劳动强度，提高焊接效率。

异种钢之间的焊接，如果强度级别相差不大，焊材的选用的工艺相对容易，焊材可采用高组配或低组配均可。而本发明中提到的P690QL1是按照欧标（EN 10028：6）生产的高强度调质钢，最小屈服强度为690MPa，抗拉强度为770MPa～940MPa。而Q370R为普通低合金正火钢，最小屈服强度为350MPa，抗拉强度为520MPa～630MPa。由于P690QL1与Q370R两种钢之间强度相差较大，且一种是调质钢，另一种是正火钢，焊缝接头不宜采用高组配或低组配。因此，必须选用合适的焊材及焊接工艺，充分考虑两种钢的性能匹配，才能有效地保证高强度异种钢焊接接头的质量。

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异种钢焊接接头质量的P690QL1与Q370R异种钢的埋弧焊焊接方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

P690QL1与Q370R异种钢的埋弧焊焊接方法，其特征在于，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55°～60°，另一侧坡口65°～70°；所采用的焊材为MCJQ-1焊丝和SJ101烧结型焊剂，其中所述焊丝化学成分满足以下要求：Ｃ：0.06～0.12%，Mn：1.20～1.80%，Si:0.02～0.06%，Ni:0.30～0.50%，Ti:0.10～0.16%，B:0.006～0.01%，S≤0.010%，P≤0.015%，余量为Fe及不可避免的杂质；B能促时晶粒内针状铁素体的形成，从而提高焊缝低温冲击韧性。Ni起固溶强化的作用，对提高焊缝韧性有强起较好的作用。

2）将P690QL1与Q370R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26-32V，焊接速度为35～40cm/min，线能量为20～35kJ/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，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。

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%(Al可细化晶粒)，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Q370R钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.18%，Mn：1.20～1.60%，Si：≤0.55%，S≤0.010%，P≤0.020%，Nb：0.015～0.050%。

上述方案中，所述Q370R钢力学性能满足：屈服强度R_el≥340MPa，抗拉强度R_m：520～630MPa，延伸率A≥20%，冷弯b=2a，d=3a180°合格，-20℃横向冲击功Akv≥47J。

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℃。

与现有技术相比，本发明取得的技术效果是：

1）本发明根据产品实际情况，创新采用了一种过渡强度的高韧性的埋弧焊丝+焊剂组合，即所用焊材强度介于两种钢之间，使焊缝接头在强度上形成一个缓和过渡区间，避免应力过于集中；

2）本发明的埋弧焊方法，有效解决了异种钢两种钢强度相差较大，不宜采用高组配或低组配的匹配难题，通过采用强度过渡匹配的方式，充分兼顾了两种钢的性能，有效地保证高强度异种钢焊接接头的质量，尤其进行经恒温温度为：565±20℃，保温2小时的焊后消应力热处理（SR），仍能保证-20℃时焊接接头的高韧性。同时埋弧自动焊还提高了焊接效率，降低了劳动强度。

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与Q370R异种钢的焊条电弧焊埋弧焊焊接方法，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55°～60°，另一侧坡口65°～70°；所采用的焊材为MCJQ-1焊丝和SJ101烧结型焊剂，其中所述焊丝化学成分满足以下要求：Ｃ：0.06～0.12%，Mn：1.20～1.80%，Si:0.02～0.06%，Ni:0.30～0.50%，Ti:0.10～0.16%，B:0.006～0.01%，S≤0.010%，P≤0.015%，余量为Fe及不可避免的杂质；

2）将P690QL1与Q370R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32mm等厚的P690QL1与Q370R进行焊接，其试验用的P690QL1（炉批号1）的化学成份为：C：0.15%，Si：0.24%，Mn：1.06%，P：0.009%，S：0.003%，N：0.0055%，B：0.0019%，Cr：0.32%，Mo：0.26%，Cu：0.070%，Nb：0.023%，Ni：0.41%，Ti：0.016%，V：0.039%，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℃。其试验用Q370R（炉号A）的化学成份为：C：0.16%，Mn：1.56%，Si：0.38%，S≤0.001%，P≤0.012%，Nb：0.034%，Cr：0.03%，Mo：0.010%，Ni：0.01%。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：

本发明中的异种钢焊接接头采用了一种过渡强度的埋弧焊丝+焊剂组合，即形成的焊接接头强度介于两种钢之间。所采用的焊丝为MCJQ-1，直径Φ4.0mm，焊剂SJ101,满足-40℃低温冲击功大于34J，其中焊丝成分为：C：0.073%，Mn：1.75%，Si：0.024%，Ni：0.40%，Ti：0.10%，B：0.008%，S：0.005%，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55°～60°，另一侧坡口65°～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26-32V，焊接速度：35～40cm/min，线能量20～35kJ/cm。焊剂烘烤温度：350℃×2h。

6）本发明对32mm等厚的P690QL1与Q370R异种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35kJ/cm进行焊接。

试验结果：异种钢接头抗拉强度：抗拉强度R_m：＞580MPa，冷弯d=4a，180°合格。-20℃冲击功：焊缝Akv＞78J，P690QL1侧熔合线、熔合线外1mm、3mm、5m，Akv＞90J，Q370R侧熔合线、熔合线外1mm、3mm、5m，Akv＞85J。

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材中焊丝的成分不同。对比例1选用的焊丝成分如表1所示。

表1

对比例1得到的异种钢接头抗拉强度的测试结果如表2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：电流600—700A，电压33-36V，焊接速度：30～34cm/min，线能量40～50kJ/cm。对比例2得到的异种钢接头抗拉强度的测试结果如表2所示。

对比例3

对比例3与实施例1大致相同，不同之处在于选用的焊剂不同，对比例3的焊剂为SJ105。对比例3得到的异种钢接头抗拉强度的测试结果如表2所示。

表2

由表2可以看出，对比例1和对比例2中，焊缝强度和本发明相当，但焊缝和P690QL1侧熔合线低温冲击韧性偏低，无法满足设计使用要求。对比例1和对比例3中，低温冲击韧性有所提高，但焊缝强度会下降很多，无法形成过渡强度的焊缝。

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与Q370R异种钢的埋弧焊焊接方法，其特征在于，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55°～60°，另一侧坡口65°～70°；所采用的焊材为：埋弧焊材料：MCJQ-1焊丝和SJ101烧结型焊剂，其中所述焊丝化学成分满足以下要求：Ｃ：0.06～0.12%，Mn：1.20～1.80%，Si:0.02～0.06%，Ni:0.30～0.50%，Ti:0.10～0.16%，B:0.006～0.01%，S≤0.010%，P≤0.015%，余量为Fe及不可避免的杂质；

2）将P690QL1与Q370R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Q370R钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.18%，Mn：1.20～1.60%，Si：≤0.55%，S≤0.010%，P≤0.020%，Nb：0.015～0.050%。

6.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述Q370R钢力学性能满足：屈服强度R_el≥340MPa，抗拉强度R_m：520～630MPa，延伸率A≥20%，冷弯b=2a，d=3a 180°合格，-20℃横向冲击功Akv≥47J。

7.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℃。