CN104002023B - 一种针对异种材质厚板的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对异种材质厚板的焊接工艺，其特征在于包括如下步骤：a.在焊材上切割出双面单侧坡口；b.对切割后的坡口及焊接区域周围至少30mm区域内进行打磨；c.在焊缝两侧顶端30mm处点焊，确保点焊没有任何缺陷；d.对母材进行预热，预热温度至少为150度；e.先对大坡口一侧焊缝进行焊接，盖面层焊接采用两侧往中间焊接的方法，完成后对反面进行碳刨清根；f.再对小坡口一侧焊缝进行焊接，焊接方法与焊接大坡口相同；g.对焊件进行热处理。该工艺焊接效率高；焊接变形小；焊缝具有强度高、韧性好，无缺陷，不会出现延迟裂纹特点。

Description

一种针对异种材质厚板的焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，尤其涉及一种针对超厚壁异种材料的焊接方法。
背景技术
现有技术中涉及厚板焊接的工艺有很多，如公开号为CN101288919A公开了一种50～120mm厚板和超厚板的焊接方法，主要方法为包括有下料、坡口加工、构件组装、杂物清理、引/熄弧板设置、焊前预热、焊缝打底、填充层焊接、焊接探伤、钢板变形控制、焊件热处理等步骤，填充层焊接采用多层多道焊接：采用埋弧焊，预热温度控制在80-120℃，每层焊缝厚度控制在5.0mm毫米以内，层间温度控制在80-200℃，焊接电流为600-800安培，电弧电压为28-35伏，焊接速度为35-42cm/min。
如公开号CN103658925A公开了一种厚板材与铸钢件焊接工艺，该工艺的主要方法为：备料、焊接工艺评定和试验、施焊顺序和焊接条件确认、确认是否合格、检查引弧板\熄弧板、预热、依次进行定位焊、打底焊、层间焊接，及时对焊接缺陷修整、焊接过程检查、焊接完成、打磨、UT检测，并给出报告。本发明涉及到海工产品领域，特别是涉及到一种100mm厚EH36板材与铸钢件焊接工艺，它减少了焊接缺陷及母材损伤，节约了建造成本。
如公开号CN101811214A公开了一种厚板焊接工艺，该工艺的主要方法为：A、取材：采用焊条焊接，填充采用CO2焊丝；B、焊前清理工作：焊前焊工必须将厚板的焊接坡口及坡口两侧30mm范围内(角焊缝在焊接宽度方向两侧30mm范围内)的氧化皮，铁锈，水份，油污杂质清除干净；C、焊前预热：预热时的温度至少175℃，厚板中部的加热区域距焊缝大于等于100mm，并使用测温仪对焊缝四周100mm范围内的温度进行监控，预热达到要求后的焊缝应立即施焊，当预热温度降低，达不到要求时，应重新预热，多层多道焊时层与层之间的温度应高于等于预热温度，但应小于250℃；D、定位焊：定位焊时所用焊条应与正式施焊的焊条相同，定位焊长度大于等于50mm，间距为350～400mm，厚板需全焊透的角焊缝定位焊要求用圆钢定位，定位焊焊点不能焊在焊缝交叉或拐角处，距焊缝交叉或拐角处的距离大于等于200mm，定位焊内不允许存在气孔、咬肉、裂纹等缺陷，当焊件要求预热时，定位焊焊前也应预热，温度与焊件要求的温度相同，范围为焊缝两侧各100mm左右，定位焊应在背面清根以后的最后一道焊的一面进行；E、焊后：焊后消氢热处理，焊接完毕后，用加热片对焊缝以每小时50℃速度加热至230-250℃，然后保温2.5小时，焊缝及加热片用保温棉覆盖，待保温2.5小时后以每小时50℃速度冷却，补焊后外观检查并做超声波(UT)伤。
虽然现有技术中已经公开了很多厚板的焊接工艺，但针对海洋工程锚泊系统项目上145mm～580mm板厚S355J2+QT材质与35mm～140mm板厚ABS DH36材质的超厚异种材质的焊接工艺现有技术中没有提及，针对这种规格材料的焊接，如焊接过程中工艺不当，极易出现以下问题：1.根部裂纹；2.表面裂纹；3.接头区与热影响区的层状撕裂；4.焊接应力大，焊缝组织粗大，冲击韧性降低；5.焊接效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种针对超厚S355J2+QT材质与DH36材质的焊接工艺，该工艺可以满足船级社的认证标准，通过ISO15614-1所要求的拉伸、弯曲、宏观、硬度、-20度冲击韧性试验。
为了解决上述技术问题，本发明的针对异种材质厚板的焊接工艺包括如下步骤：
a.使用火焰切割在焊材上切割出焊缝为1∶2的40°双面单侧坡口，确保切割面上没有凹槽。
b.对切割后的待焊区及周围至少30mm区域内进行打磨，打磨至母材表面出现金属光泽。
c.将焊件水平放置，两者之间留2mm空隙，加放3°的反变形，在坡口两侧加装与坡口形式一致的引熄弧板，在焊缝两侧端部30mm处点焊，点焊要求同正式焊接时的根部焊道，确保点焊没有任何缺陷，焊缝完后使用火焰切割去除引熄弧板。
d.对母材进行预热，预热温度至少为150度。
e.先对大坡口一侧焊缝进行焊接，在进行打底焊接时，焊接电流控制在220～240安培，焊接电压控制在26～28伏；在进行填充焊接时，焊接电流控制在270～290安培，焊接电压控制在31～33伏；在进行盖面焊接时，焊接电流控制在250～270安培，焊接电压控制在31～33伏；焊接时层间温度控制在预热温度至220度之间；焊缝的单道宽度不超过15mm；盖面层焊接采用两侧往中间焊接的方法，盖面层余高在5mm内；完成大坡口焊接后对反面进行碳刨清根并打磨，确保得到光顺的母材金属材质。
f.对小坡口一侧焊缝进行焊接，在进行打底焊接时，焊接电流控制在220～240安培，焊接电压控制在26～28伏；在进行填充焊接时，焊接电流控制在270～290安培，焊接电压控制在31～33伏；在进行盖面焊接时，焊接电流控制在250～270安培，焊接电压控制在31～33伏；焊接时层间温度控制在预热温度至220度之间；焊缝的单道宽度不超过15mm；盖面层由两侧往中间焊接，盖面层余高在5mm内。
g.对焊件进行热处理，先将焊后工件缓慢冷却至100度，然后放置在空气中冷却至室温，放入起始炉温不超过315度的炉中加热，控制焊件每小时升温速度为≤30度；维持焊件温度580±10度5小时以上；将焊件进行降温，控制焊件每小时降温速度为≤30度，降温至315度，然后放入静止空气中冷却至室温。
上述技术方案中由于母材板厚过大，火焰很难充分均匀的加热，最好使用电履带包裹厚板加热。
上述技术方案中为了能够提高焊接效率、以及焊缝的低温韧性和抗裂性，最好采用直径1.4mm的GFL-71Ni药芯焊丝。
上述技术方案最适宜母材为S355J2+QT材质，焊材为DH36材质，尤其是母材为145mm～580mm板厚，焊材为35mm～140mm板厚的规格，最佳规格是母材为290mm板厚，焊材为70mm板厚。
本发明的技术方案相较于现有技术大大提高了厚板的焊接效率；采用K型坡口形式最大限度降低了焊接变形；对预热和层间温度的控制，并通过合理的焊接电流、电压、速度参数控制热输入，确保了焊缝的强度、韧性；选择适宜的消应力热处理曲线，消除焊接残余应力，确保不会出现延迟裂纹，并满足后道海工标准的高精度机加工公差要求，不会出现机加工后尺寸不稳定。
附图说明
图1为坡口结构图
图2为打磨区域示意图
图3为盖面层焊接顺序图
图4为热处理曲线图
具体实施方式
下面结合附图，以290mm厚S355J2+QT材质的母材及70mm厚DH36材质的焊材为例进行详细说明。
1焊接材料的选择
1.1为了提高焊接效率，决定使用直径1.4mm CO2保护药性焊丝焊接。
1.2根据强度等级匹配要求，同时考虑到需要符合标准ISO15614-1，，焊丝采用符合EN ISO 17632 A T 42 4 P C 1 H5要求，且经过ABS认可的GFL-71Ni直径1.4mm的药芯焊丝，含Ni元素，提高低温韧性和抗裂性。
2焊前准备
2.1焊接设备
本工艺使用XD500SII型CO2焊机，焊机自带电流电压数字显示器。
2.2坡口准备
综合考虑1)坡口焊缝熔敷金属的熔合比；2)焊接效率；3)总热输入量等多方面因素，确定对接焊缝为1∶2的40°双面单侧坡口，如附图1所示。
坡口使用火焰切割，切割面不允许有凹槽，对切割后的坡口及焊接区域周围30mm以上区域进行打磨，打磨后应能看到母材金属光泽。如附图2所示。
2.3试板装配
组装前应先检查坡口内无铁锈、油迹。具体装配尺寸应符合图1，并加放约3°的反变形，以控制焊后角变形。仅在焊缝两侧顶端30mm处点焊，定位焊不允许有裂纹、气孔等缺陷，否则必须及时通过打磨去除，重新焊接定位。
在焊缝两侧加装与坡口形式一致的引熄弧板，以避免主焊缝上由于引熄弧导致的弧坑裂纹等缺陷，焊后必须使用火焰切割去除引熄弧板，严禁使用机械方法击落。
2.4预热
根据试件板厚和材质，将预热温度定在最小150℃，考虑到试件板厚过大，火焰很难充分均匀的加热厚板，决定使用电履带包裹厚板加热，至少加热1.5h，使用红外测温仪对离待焊接区至少150mm距离区域进行检测，待温度平稳后再进行焊接。
3焊接
3.1焊接参数
将1.4mm焊丝的平位置焊接参数按表1确定，同时焊接速度主要以焊缝的单道宽度不超过15mm来控制。
表1 焊接参数
3.2焊接要点
焊接时先焊大坡口一侧焊缝，焊完后反面碳刨清根，再焊小坡口一侧。注意反面清根后需要将碳刨后的硬化层打磨去除，并得到光顺的母材金属后才可焊接反面，不充分的清根极有可能导致根部夹渣、未熔合等缺陷。
焊接过程中需严格控制层间温度不超过220℃，每进行下一道焊接前，必须使用测量温度，测量点为前道焊缝的边缘，过高的层间温度会大大降低焊缝的冲击韧性。
当测量到层间温度低于预热温度时，需要重新对试件进行加热。
焊前必须对前道焊缝进行检查，排除裂纹、气孔等缺陷，如有，需打磨去除。
根据ISO5817 B级检验要求，盖面层的余高应控制在5mm以内。
焊接过程中使用打磨及铲除的方式去除药皮及飞溅。
盖面层应由两侧往中间焊接，最后的焊缝应在焊道中心，如附图3所示。
3.3焊后热处理
鉴于试件中290mm厚板为调制状态焊接，焊后需进行消应力处理。根据材料特性，选择热处理工艺，热处理曲线如附图4所示。
3.4检测及试验
热处理之后进行VT，UT，MT等无损检测，验收标准为ISO5817 B级，并按ISO15614-1进行拉伸、弯曲、宏观、硬度、-20度冲击韧性试验，均符合标准要求。

Claims (5)

1.一种针对母材为S355J2+QT材质145mm～580mm板厚，焊材为DH36材质35mm～140mm板厚的焊接工艺，其特征在于：包括如下步骤：
a.使用火焰切割在焊材上切割出焊缝为1∶2的40°双面单侧坡口，确保切割面上没有凹槽；
b.对切割后的待焊区及周围至少30mm区域内进行打磨，打磨至母材表面出现金属光泽；
c.将焊件水平放置，两者之间留2mm空隙，加放3°的反变形，在坡口两侧加装与坡口形式一致的引熄弧板，在焊缝两侧端部30mm处点焊，点焊要求同正式焊接时的根部焊道，确保点焊没有任何缺陷，焊缝完后使用火焰切割去除引熄弧板；
d.对母材进行预热，预热温度至少为150度；
e.先对大坡口一侧焊缝进行焊接，在进行打底焊接时，焊接电流控制在220～240安培，焊接电压控制在26～28伏；在进行填充焊接时，焊接电流控制在270～290安培，焊接电压控制在31～33伏；在进行盖面焊接时，焊接电流控制在250～270安培，焊接电压控制在31～33伏；焊接时层间温度控制在预热温度至220度之间；焊缝的单道宽度不超过15mm；盖面层焊接采用两侧往中间焊接的方法，盖面层余高在5mm内；完成大坡口焊接后对反面进行碳刨清根并打磨，确保得到光顺的母材金属材质；
f.对小坡口一侧焊缝进行焊接，在进行打底焊接时，焊接电流控制在220～240安培，焊接电压控制在26～28伏；在进行填充焊接时，焊接电流控制在270～290安培，焊接电压控制在31～33伏；在进行盖面焊接时，焊接电流控制在250～270安培，焊接电压控制在31～33伏；焊接时层间温度控制在预热温度至220度之间；焊缝的单道宽度不超过15mm；盖面层由两侧往中间焊接，盖面层余高在5mm内；
g.对焊件进行热处理，先将焊后工件缓慢冷却至100度，然后放置在空气中冷却至室温，放入起始炉温不超过315度的炉中加热，控制焊件每小时升温速度为≤30度；维持焊件温度580±10度5小时以上；将焊件进行降温，控制焊件每小时降温速度为≤30度，降温至315度，然后放入静止空气中冷却至室温。
2.如权利要求1所述的一种针对母材为S355J2+QT材质145mm～580mm板厚，焊材为DH36材质35mm～140mm板厚的焊接工艺，其特征在于：所述步骤d中采用电履带包裹母材加热。
3.如权利要求1或2所述的一种针对母材为S355J2+QT材质145mm～580mm板厚，焊材为DH36材质35mm～140mm板厚的焊接工艺，其特征在于：焊接采用GFL-71Ni直径1.4mm的药芯焊丝。
4.如权利要求3所述的一种针对母材为S355J2+QT材质145mm～580mm板厚，焊材为DH36材质35mm～140mm板厚的焊接工艺，其特征在于：所述母材为S355J2+QT材质，所述焊材为DH36材质。
5.如权利要求4所述的一种针对母材为S355J2+QT材质145mm～580mm板厚，焊材为DH36材质35mm～140mm板厚的焊接工艺，其特征在于：所述母材为290mm厚，焊材为70mm厚。
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Address after: 226116 No. 2, Xinanjiang Road, Binjiang Street, Haimen District, Nantong City, Jiangsu Province

Patentee after: Nantong COSCO Shipping Heavy Industry Equipment Co.,Ltd.

Address before: 226116 No.2, Xinanjiang Road, Haimen Port, Haimen City, Nantong City, Jiangsu Province

Patentee before: NANTONG COSCO HEAVY INDUSTRY CO.,LTD.

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