CN104384670A - 一种海洋平台用钢板焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海洋平台用钢板焊接方法的技术方案，包括以下步骤：1）坡口加工；1）坡口装配成K字型坡口，在坡口背面固定水冷铜条，水冷铜条用于托举正面打底焊时的熔池；3）正面打底焊接，焊接时防止在水冷铜条上起弧；4）背面打底焊接；5）填充焊接，使用药芯焊丝气保焊或埋弧焊，根据被焊钢板角变形情况，交替进行背面和正面填充焊接；6）盖面焊接，使用药芯焊丝气保焊或埋弧焊。采用深度不对称K型坡口；打底焊接采用水冷铜条托举熔池；填充焊接严格控制焊丝距离坡口直边侧的距离；盖面焊接采用较低的焊接热输入，最终获得焊缝成型满足海洋平台用钢板焊接接头CTOD试验要求焊接接头。

Description

一种海洋平台用钢板焊接方法
技术领域
本发明涉及的是一种焊接方法，尤其是一种满足海洋平台用厚钢板焊接接头裂纹尖端张开位移实验（CTOD）的焊接方法。
背景技术
焊接接头CTOD试验是对海洋平台用厚钢板焊接接头韧度进行评价的重要实验方法。海洋平台在服役期间要承受风暴、潮汐，甚至地震等冲击载荷，这要求平台焊接接头需具备必要的韧度以避免出现脆性断裂的危险情况。伴随海上石油开采越来越向深海发展，采油平台结构的钢板厚度不断增加，而钢板越厚，钢板的韧度越难以保障。另外为了提高焊接效率，厚板的焊接多采用较大的焊接热输入量，这致使厚板焊接接头的韧度成为平台结构最为薄弱的环节。为了确保厚板焊接接头的韧度满足海洋平台服役要求，在采油平台建造前对所用厚板的焊接接头进行CTOD试验十分必要。
焊接接头CTOD试验要求预制疲劳裂纹通过的区域中特定的焊接热影响区应达到一定比例，比如要求该区域中粗晶区的比例不低于15%，为此在焊接用于CTOD试验的焊接接头时应尽量焊出一条直的熔合线。为了达到上述要求，传统的满足厚板焊接接头CTOD试验要求的焊接方法多采用带有一个直边的单斜面型坡口设计，这种设计焊接金属填充量大，只在一面焊接使得被焊钢板角变形不易控制，而且这种焊接方法焊后钢板内应力大，在预制CTOD试验所需的疲劳裂纹时，往往容易造成疲劳裂纹在试样表面和试样心部的扩展深浅不一，最终导致试验无效。
传统的用于厚板焊接接头CTOD试验要求的焊接方法也有的采用K型坡口设计，传统方法的K型坡口上下对称，留有约5mm的钝边，根部间隙小，一般不超过2mm，焊接时先进行正面打底焊，随后背面碳弧气刨清根，最后进行填充和盖面焊接。这种焊接方法主要存在以下两点不足之处，一是焊缝根部位于钢板厚度中心位置，众所周知根部最易存在未熔合、夹渣更缺陷，这使得取自心部的夏比冲击样极易因存在焊接缺陷而导致试验结果无效；二是背面必须进行碳弧气刨清根，碳弧气刨会严重降低试验效率，更主要的是极易使得直边侧的熔合线变的不直，使得焊接接头CTOD试验要求预制疲劳裂纹通过的区域中特定的焊接热影响区达不到规定比例，最终导致试验无效。
于是，就需要一种有效避免传统焊接方法缺点，又满足厚板焊接接头CTOD试验要求的焊接方法。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种海洋平台用钢板焊接方法的技术方案，该方案的方法，可以控制被焊钢板角变形，降低焊接内应力，减少心部夏比冲击样焊接缺陷，易于获得直的熔合线。满足厚钢板焊接接头CTOD试验要求。
本方案是通过如下技术措施来实现的：一种海洋平台用钢板焊接方法，包括如下步骤：
1）对钢板接头加工坡口，并装配坡口，使坡口呈K字型；
2）在K字型坡口的背面夹装可移除的水冷铜条，水冷铜条用于托举正面打底焊时的熔池； 
3）使用实芯焊丝气保焊对正面进行打底焊接，并防止在水冷铜条上起弧；
4）将水冷铜条移除，使用实芯焊丝气保焊对背面进行打底焊接；
5）使用药芯焊丝气保焊或埋弧焊，对被焊钢板接头的正面和背面交替进行填充焊接；
6）使用药芯焊丝气保焊或埋弧焊，对填充后的钢板焊接头进行盖面焊接。
所述的步骤1)中坡口正面深度和背面深度的比为2：1或3:2，坡口角度为44±1°，K字型坡口的根部为间隙6～7mm。所述的坡口钝边尺寸为0～1mm。这种K字型坡口设计可以根据被焊钢板在焊接过程中的角变形情况，交替进行背面和正面焊接，能够始终将被焊钢板的角变形控制在2°以内，并有效降低焊接内应力。坡口上下深度比为2:1或3:2，避免了焊缝根部位于被焊钢板心部的情况，有利于减少心部夏比冲击样存有焊接缺陷的情况，增加试验有效性比率。
所述的步骤3）中，采用实芯焊丝气保焊，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气，保护气体流量15～18L/Min，焊接电流为120～180A，焊接电压为23～25V，焊接速度为100～200 mm/ Min。
所述的步骤4）中，采用实芯焊丝气保焊，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气，保护气体流量15～18L/Min，焊接电流为220～240A，焊接电压为24～26V，焊接速度为300～400 mm/ Min。在背面打底焊接时采用焊接电流较大的实芯焊丝气保焊，利于消除焊缝根部可能存在的微小缺陷，比直接采用埋弧焊进行焊接利于清渣。 
在所述的步骤5）中填充焊接过程中应始终将被焊钢板的角变形控制在2°以内。
步骤5）中采用药芯焊丝气保焊或埋弧焊；药芯焊丝气保焊的焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为100%CO2气，保护气体流量18～20L/Min，焊接电流为220～240A，焊接电压为23～28V，焊接速度为300～400 mm/ Min；埋弧焊的焊丝直径为φ3.2mm或φ4.0mm，焊接电流为450～750A，焊接电压为30～35V，焊接速度为300～500 mm/ Min，焊丝距直边侧的最近距离应控制在6±1mm。
在步骤6）中，采用埋弧焊进行盖面焊接时，焊丝直径φ3.2mm或4.0mm，焊丝距直边侧的距离应控制在6±1mm，焊接电流为350～450A，焊接电压为30～35V，焊接速度为300～500 mm/ Min。
在步骤6）中，采用药芯焊丝气保焊进行焊接时，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为100%CO2气，保护气体流量18～20L/Min，焊接电流为220～240A，焊接电压为23～28V，焊接速度为300～400 mm/ Min。
在背面打底焊接时采用焊接电流较大的实芯焊丝气保焊设计，利于消除焊缝根部可能存在的微小缺陷，比直接采用埋弧焊进行焊接利于清渣。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用水冷铜条托举正面打底焊时的熔池，并使用冷裂纹敏感性低、焊渣少的实芯焊丝气保焊进行正面打底焊接，这种打底焊工艺设计免除了背面碳弧气刨清根工序，不但提高了焊接效率，更重要的是可以有效保证获得满足厚板焊接接头CTOD试验要求的直的熔合线。在正面打底焊时采用较低的焊接电流和焊接速度设计，可以避免在水冷铜条上起弧，有效防止水冷铜条与钢板焊在一块儿无法取下。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的结构示意图。
图2为具体实施方式的坡口示意图。
图中，1为坡口直边侧，2为坡口斜边侧，3为水冷铜条。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过二个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
具体实施方式一
通过附图可以看出，本方案的一种海洋平台用钢板焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
1）采用的钢板厚度为75mm，对钢板接头加工坡口，并装配坡口，使坡口呈K字型，采用机械铣削方式加工钢板形成坡口，坡口上部深度为50mm，坡口下部深度为25mm，即坡口正面深度和背面深度的比为2：1，坡口角度为45°，K字型坡口的根部为间隙6mm，坡口钝边尺寸为0mm；
2）在K字型坡口的背面固定水冷铜条，水冷铜条用于托举正面打底焊时的熔池； 
3）先将被焊钢板预热至125°，对正面进行打底焊接，并防止在水冷铜条上起弧；采用实芯焊丝气保焊，焊丝牌号ER50-6，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气，保护气体流量17L/Min，焊接电流为160A，焊接电压为24V，焊接速度为150 mm/ Min。焊接时应注意控制电弧指向位置，防止在水冷铜条上起弧，以免水冷铜条与被焊钢板焊在一块而无法移除。
4）将水冷铜条移除，对背面进行打底焊接；采用实芯焊丝气保焊，焊丝牌号ER50-6，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气，保护气体流量17L/Min，焊接电流为230A，焊接电压为25V，焊接速度为350mm/ Min；
5）对被焊钢板接头的正面和背面交替进行填充焊接；采用药芯焊丝气保焊，焊丝牌号GFL-71Ni，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为100%CO2气，保护气体流量20L/Min，焊接电流为240A，焊接电压为28V，焊接速度为400 mm/ Min；填充焊接过程中应始终将被焊钢板的角变形控制在2°以内。
6）对填充后的钢板焊接头进行盖面焊接，采用药芯焊丝气保焊进行焊接，焊丝牌号GFL-71Ni，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为100%CO2气，保护气体流量20L/Min，焊接电流为240A，焊接电压为28V，焊接速度为400 mm/ Min。
具体实施例二
通过附图可以看出，本方案的一种海洋平台用钢板焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
1）采用的钢板厚度为75mm，对钢板接头加工坡口，并装配坡口，使坡口呈K字型，采用机械铣削方式加工钢板形成坡口，坡口上部深度为50mm，坡口下部深度为25mm，即坡口正面深度和背面深度的比为2：1，坡口角度为45°，K字型坡口的根部为间隙6mm，坡口钝边尺寸为0mm；
2）在K字型坡口的背面固定水冷铜条，水冷铜条用于托举正面打底焊时的熔池； 
3）先将被焊钢板预热至125°，对正面进行打底焊接，并防止在水冷铜条上起弧；采用实芯焊丝气保焊，焊丝牌号ER50-6，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气，保护气体流量15L/Min，焊接电流为120A，焊接电压为23V，焊接速度为100 mm/ Min。焊接时应注意控制电弧指向位置，防止在水冷铜条上起弧，以免水冷铜条与被焊钢板焊在一块而无法移除。
4）将水冷铜条移除，对背面进行打底焊接；采用实芯焊丝气保焊，焊丝牌号ER50-6，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气，保护气体流量18L/Min，焊接电流为240A，焊接电压为26V，焊接速度为400mm/ Min；
5）对被焊钢板接头的正面和背面交替进行填充焊接；采用埋弧焊，焊丝牌号CHW-SG，焊丝直径为φ4.0mm，焊接电流为680A，焊接电压为32V，焊接速度为260 mm/ Min，焊丝距直边侧的最近距离应控制在6mm。
6）对填充后的钢板焊接头进行盖面焊接，采用埋弧焊进行盖面焊接，焊丝牌号CHW-SG，焊丝直径4.0mm，焊丝距直边侧的距离应控制在5mm，焊接电流为450A，焊接电压为30V，焊接速度为500 mm/ Min。
本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种海洋平台用钢板焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
1）对钢板接头加工坡口，并装配坡口，使坡口呈K字型；
2）在K字型坡口的背面夹装可移除的水冷铜条，水冷铜条用于托举正面打底焊时的熔池； 
3）使用实芯焊丝气保焊对正面进行打底焊接，并防止在水冷铜条上起弧；
4）将水冷铜条移除，使用实芯焊丝气保焊对背面进行打底焊接；
5）使用药芯焊丝气保焊或埋弧焊，对被焊钢板接头的正面和背面交替进行填充焊接；
6）使用药芯焊丝气保焊或埋弧焊，对填充后的钢板焊接头进行盖面焊接。
2.根据权利要求1所述的海洋平台用钢板焊接方法，其特征是：所述的步骤1)中坡口正面深度和背面深度的比为2：1或3:2，坡口角度为44±1°，K字型坡口的根部为间隙6～7mm。
3.根据权利要求2所述的海洋平台用钢板焊接方法，其特征是：所述的坡口钝边尺寸为0～1mm。
4.根据权利要求1所述的海洋平台用钢板焊接方法，其特征是：所述的步骤3）中，采用实芯焊丝气保焊，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气，保护气体流量15～18L/Min，焊接电流为120～180A，焊接电压为23～25V，焊接速度为100～200 mm/ Min。
5.根据权利要求1所述的海洋平台用钢板焊接方法，其特征是：在步骤4）中，采用实芯焊丝气保焊，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气，保护气体流量15～18L/Min，焊接电流为220～240A，焊接电压为24～26V，焊接速度为300～400 mm/ Min。
6.根据权利要求1所述的海洋平台用钢板焊接方法，其特征是：在所述的步骤5）中填充焊接过程中应始终将被焊钢板的角变形控制在2°以内。
7.根据权利要求6所述的海洋平台用钢板焊接方法，其特征是：步骤5）采用药芯焊丝气保焊或埋弧焊；药芯焊丝气保焊的焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为100%CO2气，保护气体流量18～20L/Min，焊接电流为220～240A，焊接电压为23～28V，焊接速度为300～400 mm/ Min；埋弧焊的焊丝直径为φ3.2mm或4.0mm，焊接电流为450～750A，焊接电压为30～35V，焊接速度为300～500 mm/ Min，焊丝距直边侧的最近距离应控制在6±1mm。
8.根据权利要求1所述的海洋平台用钢板焊接方法，其特征是：在步骤6）中，采用埋弧焊进行盖面焊接时，焊丝直径φ3.2mm或4.0mm，焊丝距直边侧的距离应控制在6±1mm，焊接电流为350～450A，焊接电压为30～35V，焊接速度为300～500 mm/ Min。
9.根据权利要求1所述的海洋平台用钢板焊接方法，其特征是：在步骤6）中，采用药芯焊丝气保焊进行焊接时，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为100%CO2气，保护气体流量18～20L /Min，焊接电流为220～240A，焊接电压为23～28V，焊接速度为300～400 mm/ Min。
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