CN105269175A

CN105269175A - 用于X7Ni9钢与S30408钢相焊的焊条电弧焊方法

Info

Publication number: CN105269175A
Application number: CN201510765676.4A
Authority: CN
Inventors: 黄金祥; 胡金涛; 韩东波; 潘伍覃; 杨国强
Original assignee: Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd
Current assignee: Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-11-11
Also published as: CN105269175B

Abstract

本发明提供一种用于X7Ni9钢与S30408钢相焊的焊条电弧焊方法，该方法包括以下步骤：1)焊条电弧焊坡口采用V形坡口或不对称X型坡口；2)使X7Ni9钢板与S30408钢板的焊缝两侧在焊前处于干燥状态；3)采用交流电源，选择合适焊接工艺参数；4)保持层间温度小于90℃，第一层打底焊完后，焊缝打磨干净后进行渗透检测细微裂纹，并采用打磨方法消除后再进行填充焊接；5)一侧焊接完后，背面需进行气刨清根并打磨，同样进行渗透检测细微裂纹，并进行打磨消除。本发明的焊条电弧焊方法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，尤其是焊后不需要消应力热处理，仍能保证-196℃时焊接接头的高韧性。

Description

用于X7Ni9钢与S30408钢相焊的焊条电弧焊方法

技术领域

本发明涉及钢铁焊接领域，尤其是涉及一种用于低温高强调质钢X7Ni9钢与S30408奥氏体不锈钢异种钢相焊的焊条电弧焊方法。

背景技术

X7Ni9是一种低温镍钢，具有良好的高强低温性能，是建造大型低温储罐，如液化天然气(LNG)储罐的首选材料，X7Ni9钢板通常调质态交货。当LNG储罐的零部件采用奥氏体不锈钢制造时，工程应用提出了X7Ni9与S30408奥氏体不锈钢焊接的要求。

X7Ni9和S30408在－196℃时均有良好的低温性能，选用铁镍基焊材或奥氏体不锈钢焊材作为X7Ni9和S30408之间接头的填充材料时，均需要求焊缝金属具有较好的强度和低温韧性与之匹配。异种钢焊接接头需兼顾两侧不同母材的特性，而异种钢受两种材料的化学成分、热膨胀系数、合金元素尤其是碳元素的扩散影响，其接头组织更复杂，不同母材的差异性使得异种钢的焊接较同种钢的焊接具有更大的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能保证低温高强度异种钢焊接接头质量的用于X7Ni9钢与S30408钢相焊的焊条电弧焊方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

用于X7Ni9与S30408钢相焊的焊条电弧焊方法，该方法包括以下步骤：

1)焊条电弧焊坡口采用V形坡口或X型坡口；所采用的焊条型号为

ENiCrFe-9，符合ASW5.11，其成分如下：C≤0.15％，Si≤0.8％，1.0％≤Mn≤4.5％，P≤0.020％，S≤0.015％，Fe≤12.0％，Cu≤0.5％，Ni≥55.0％，12.0％≤Cr≤17.0％，0.5％≤Nb≤3.0％，2.5％≤Mo≤5.5％，W≤1.5％，其他未规定的元素总量≤0.5％；Ni起奥氏体化的作用，同时对提高焊缝韧性起关键的作用；Mo、Cr的作用提高强度，但其含量过高会降低焊接性。

2)X7Ni9与S30408钢板焊前不需预热，需要用火焰或其它加热方式除去焊缝两侧的水份，使焊缝两侧焊前处于干燥状态。

3)采用交流电源，焊接工艺参数为：第一道打底焊接电流90～120A，电弧电压19～22V，填充焊焊接电流120～140A，电弧电压22～26V，焊接速度8～22cm/min，打底焊焊接热输入量6～12KJ/cm，填充焊焊接热输入量为16～28KJ/cm，焊条烘焙制度为250℃×0.5h；

4)保持层间温度小于90℃，第一层打底焊完后，焊缝打磨干净后进行渗透检测细微裂纹，并采用打磨方法消除后再进行填充焊接；

5)一侧焊接完后，背面需进行气刨清，清根打磨，同样进行渗透检测细微裂纹，并进行打磨消除。

上述方案中，所采用的焊条的熔敷金属的力学性能：屈服强度R_P0.2≥360MPa；抗拉强度R_m≥650MPa；延伸率A≥18％；-196℃冲击功：Akv≥60J。

上述方案中，所述X7Ni9钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.08％，0.10％≤Si≤0.35％，0.30％≤Mn≤0.80％，P≤0.008％，S≤0.005％，8.50％≤Ni≤10.0％，Als≥0.015％，V≤0.010％，Cu≤0.05％，Cr≤0.10％，Mo≤0.50％，N≤0.012％，Nb≤0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述方案中，所述X7Ni9钢板的力学性能满足：屈服强度R_el≥590MPa，抗拉强度R_m：680～820MPa，延伸率A≥18％，-196℃横向冲击功Akv≥80J。

上述方案中，所述S30408钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.08％，Si≤0.75％，Mn≤2.00％，P≤0.035％，S≤0.20％，Ni：8.00～10.50％，Cr：18.00～20.00％，N≤0.10％。

上述方案中，所述S30408钢力学性能满足：屈服强度R_p0.2≥205MPa，抗拉强度R_m≥520MPa，延伸率A≥40％，HV≤210。

上述方案中，所述焊条电弧焊方法采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过90℃。

与现有技术相比，本发明取得的技术效果是：

1)由于同样直径规格的普通焊条的使用电流为145～185A，电压为:25～31V,而X7Ni9镍钢焊接时焊接电流和电压比普通焊条要小很多。而且X7Ni9镍钢焊接时焊缝中极易出现裂纹等缺陷，因此，X7Ni9镍钢与异种钢焊接时，合适的焊接材料选择和焊接参数(电流、电压、焊接速度、线能量)选取则至关重要。而焊接线能量是由电流、电压和焊接速度共同决定。焊接线能量过大和过小均不利接头质量。满足－196℃X7Ni9低温钢性能的焊材主要有奥氏体型、铁素体型、镍基、铁镍基。本发明综合考虑X7Ni9钢和S30408奥氏体不锈钢的性能，选取铁镍基焊条作为异种钢接头的焊接材料，并通过试验，选取相应的焊接工艺参数，取得的效果较好。

2)本发明方法通过多次试验，选用的铁镍基焊材的强度介于两种钢之间，使X7Ni9钢、焊缝金属和S30408钢三者的强度成梯度布置，可避免内应力过于集中的问题，形成的焊缝金属为奥氏体组织，与S30408不锈钢侧母材相同，既具有良好的低温韧性又有较高的强度。

3)采用所述方法焊接X7Ni9与S30408钢，焊接接头具有优良的接头综合性能，焊接接头各区域具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。

4)该方法适用范围广，可用于X7Ni9和奥氏体不锈钢相焊的全位置焊接、角接接头的焊接。

5)本发明的焊条电弧焊方法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，尤其是焊后不需要消应力热处理(SR)，仍能保证-196℃时焊接接头的高韧性。

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。

图1中虚线区域表示气刨清根区域。

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

本实施例提供一种用于X7Ni9钢与S30408钢相焊的焊条电弧焊方法，该方法包括以下步骤：

1)焊条电弧焊坡口采用单边V型坡口，正面坡口角度为65°，坡口间隙为1mm；所采用的焊条型号为ENiCrFe-9，其成分如下：C：0.08％，Si：0.23％，Mn：2.2％，P：0.007％，S：0.003％，Cr：16.7％，Ni：63.3％，Mo：5.3％，Nb：1.2％，Cu：0.02％，Fe：9.9％，W：0.7％。

2)用火焰烘干X7Ni9与S30408钢板表面的水份，焊前钢板温度28℃；

3)焊接工艺参数:第一道打底焊接电流90A，电弧电压20V，打底焊焊接热输入量6KJ/cm，；后续填充焊焊接电流135A，电弧电压25，焊接速度8cm/min，25.3KJ/cm，焊条烘焙制度为250℃×0.5h；

4)第一道打底焊接，待自然冷却至常温，表面打磨干净并进行渗透检测细微裂纹，并采用打磨方法消除后再进行后续填充焊接；

5)正面焊接完后，背面采用碳弧气刨清根，成U型坡口，并进行渗透检测，如有裂纹，采用打磨方法消除后再进行后道的焊接，焊接参数同填充焊焊接工艺。

下面对该焊条电弧焊方法中的工艺参数进行具体说明：

1)焊前准备及焊前温度：

本实施例中采用20mm等厚的X7Ni9与S30408钢进行焊接，其试验用的X7Ni9的化学成分C：0.06％，Si：0.17％，Mn：0.64％，P：0.004％，S：0.001％，Ni：9.10％，Cr：0.003％，Mo：0.002％，Nb：0.004％，Cu：0.01％，V：0.002％，Als：028％，余量为Fe及不可避免的杂质。S30408钢板的成分C：0.05％，Si：0.41％，Mn：1.16％，P：0.030％，S：0.002％，Ni：8.03％，Cr：18.1％，Cu：0.02％。焊前烘干焊缝两侧的水份，实际温度28℃，焊接过程中严格控制层间温度不超过90℃。

2)焊接材料：

本发明选用焊接材料为ENiCrFe-9的焊条，其成分满足C：0.08％，Si：0.23％，Mn：2.2％，P：0.007％，S：0.003％，Cr：16.7％，Ni：63.3％，Mo：5.3％，Nb：1.2％，Cu：0.02％，Fe：9.9％，W：0.7％。

焊条的熔敷金属力学性能要满足：屈服强度R_p0.2：462MPa；抗拉强度R_m：704MPa；延伸率A：40％；-196℃冲击功：A_kv：80J。

3)焊条电弧焊坡口单边V型(如图1所示)，坡口角度为60°，坡口间隙为1mm，所述材料的厚度20mm。

4)焊接工艺参数：选择焊接工艺参数，保证焊缝中心、熔合线、热影响区-196℃冲击功A_kv≥60J的填充焊接热输入量的控制范围是：16～28KJ/cm；常温下施焊，层间温度控制在≤90℃。第一道打底焊接电流90～120A，电弧电压19～22V，填充焊焊接电流120～140A，电弧电压22～26V，焊接速度8～22cm/min，打底焊焊接热输入量6～12KJ/cm，填充焊焊接热输入量为16～28KJ/cm，焊条烘焙制度为250℃×0.5h；

试验结果：经对采用上述方法焊接的X7Ni9与S30408钢板对接接头进行力学性能检验，其试验结果：抗拉强度R_m：717MPa，冷弯d＝4a，180°合格。-196℃冲击功：焊缝A_kv：86J，X7Ni9侧熔合线A_kv：84J，热影响区A_kv：89J；S30408钢侧熔合线A_kv：104J，热影响区A_kv：99J。

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条的成分不同。对比例1选用的焊条的成分如表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：打底和填充焊接电流均为90A，电弧电压19V，焊接速度15cm/min，焊接热输入量6.8KJ/cm，焊条烘焙制度为250℃×0.5h。

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。

表2

由表2可以看出，对比例1和对比例2中，对比例1焊缝-196℃冲击功偏低，而对比例2强度不合格，弯曲不合格，无法满足设计使用要求。

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.用于X7Ni9钢与S30408钢相焊的焊条电弧焊方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)焊条电弧焊坡口采用V形坡口或X型坡口；所采用的焊条型号为ENiCrFe-9，其成分为：C≤0.15％，Si≤0.8％，1.0％≤Mn≤4.5％，P≤0.020％，S≤0.015％，Fe≤12.0％，Cu≤0.5％，Ni≥55.0％，12.0％≤Cr≤17.0％，0.5％≤Nb≤3.0％，2.5％≤Mo≤5.5％，W≤1.5％，其他未规定的元素总量≤0.5％；

2)使X7Ni9钢板与S30408钢板的焊缝两侧在焊前处于干燥状态；

5)一侧焊接完后，背面需进行气刨清根后打磨，同样进行渗透检测细微裂纹，并进行打磨消除。

2.如权利要求1所述的焊条电弧焊方法，其特征在于，所采用的焊条的熔敷金属的力学性能：屈服强度R_P0.2≥360MPa；抗拉强度R_m≥650MPa；延伸率A≥18％；-196℃冲击功：A_kv≥60J。

3.如权利要求1所述的焊条电弧焊方法，其特征在于，所述X7Ni9钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.08％，0.10％≤Si≤0.35％，0.30％≤Mn≤0.80％，P≤0.008％，S≤0.005％，8.50％≤Ni≤10.0％，Als≥0.015％，V≤0.010％，Cu≤0.05％，Cr≤0.10％，Mo≤0.50％，N≤0.012％，Nb≤0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。

4.如权利要求1所述的焊条电弧焊方法，其特征在于，所述X7Ni9钢板的力学性能满足：屈服强度R_el≥590MPa，抗拉强度R_m：680～820MPa，延伸率A≥18％，-196℃横向冲击功Akv≥80J。

5.如权利要求1所述的焊条电弧焊方法，其特征在于，所述S30408钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.08％，Si≤0.75％，Mn≤2.00％，P≤0.035％，S≤0.20％，Ni：8.00～10.50％，Cr：18.00～20.00％，N≤0.10％。

6.如权利要求1所述的焊条电弧焊方法，其特征在于，所述S30408钢力学性能满足：屈服强度R_p0.2≥205MPa，抗拉强度R_m≥520MPa，延伸率A≥40％，HV≤210。

7.如权利要求1所述的焊条电弧焊方法，其特征在于，所述焊条电弧焊方法采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过90℃。