CN105478970A - 一种耐候钢的同钢种焊接工艺及其应用 - Google Patents

一种耐候钢的同钢种焊接工艺及其应用 Download PDF

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Abstract

一种耐候钢的同钢种焊接工艺及其应用，其中，耐候钢为09CuPCrNi-A，采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊接方法，包括：1)焊接材料选用耐候钢GFR-81W2药芯焊丝，直径为1.2mm，化学成分符合标准AWS？A5.29E81T1-W2C；2)焊接接头形式采用对接，接缝形式为V形坡口，该坡口角度为60°，根部间隙为1-2mm；3)焊缝采用多层焊接，层与层之间温度不超过150℃。本发明提高了同钢种焊接接头的力学性能和耐热耐腐蚀性，熔敷效率高，简化了焊接工艺，减轻了工人的劳动强度，具有工艺简单、生产效率高、实用性强的优点，能够用于船舶柴油机SCR反应器的焊接制造，对于推动SCR反应器的发展具有重要意义。

Description

一种耐候钢的同钢种焊接工艺及其应用
技术领域
本发明涉及一种钢材焊接方法，具体涉及一种耐候钢的同钢种焊接工艺及其应用，属于焊接技术领域。
背景技术
在国内制造业中，有关船用SCR反应器壳体所用材料及制造还未有资料报道。有关SCR脱销技术主要用在火电厂，且绝大多数引用国外的烟气脱销技术。其反应器壳体材料选用低合金结构钢Q345(16MnR)进行制造。由于反应器内温度较高,锰钢在高于425℃温度下长期使用时，钢中碳化物相有石墨化倾向，并且在高温下钢材的强度折减较多。另外,烟气中含有SO2介质，在露点温度冷凝后，会对反应器壳体产生腐蚀性。而16MnR的耐腐蚀性较差。在焊接加工过程中,为了防止裂纹及应力集中,一般需要将Q345(16MnR)工件进行整体或局部预热。这不仅会浪费资源，还会恶化工人的劳动条件。不锈钢(如316L)具有较好的耐热性耐酸性，若SCR壳体整体采用不锈钢制作，其成本会上升7-8倍，使反应器制造成本上升。
耐候钢，即通过添加少量的合金元素如Cu、P、Cr、Ni等，使其在金属基体表面形成保护层，以提高耐大气腐蚀性能的钢。主要应用在车辆、集装箱、建筑、塔架或结构件等结构中，具有较好的耐大气腐蚀性能。利用它的耐锈性能，能使构件具有抗腐蚀、延长使用寿命、减少涂装、环保和省工节能等特点。09CuPCrNi-A耐候钢是在Q355NH耐候钢基础上，提高P、Cr等耐腐蚀性元素的含量而成的。由于P元素的增加，会提高焊接接头的冷裂性，因此对耐候钢的焊接工艺要求严格。
专利公布号CN102990207A的中国专利公开了“耐候钢板材的焊接方法”。其特点是采用钨极氩弧焊接的方法进行打底层焊接，熔化极混合气体保护焊接的方法进行填充盖面，然后用钨极氩弧焊对焊趾处进行重熔。
专利公布号CN103111733A的中国专利公开了“高耐候钢与不锈钢的焊接方法”。其特点是耐候钢与不锈钢的坡口钝边厚度为0-1mm，采用熔化极混合气体保护焊接进行打底、填充、盖面焊接。
专利公布号CN103111733A的中国专利公开了“一种耐候钢Q355NHD的焊接方法”。其特点是采用实芯焊丝，CO2作为保护气体，采用双丝埋弧焊或单丝埋弧焊进行对接接头的焊接。
专利公布号CN102837105A的中国专利公开了“一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法”。其特点是对于板厚≤20mm的奶厚钢板，焊前不预热，采用单边V型坡口，钝边尺寸为0-2mm，留6mm间隙，坡口角度为45°，背面衬陶瓷衬垫，采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊接。
以上的耐候钢焊接专利中，当采用CO2气体保护半自动焊接时，几乎都采用了富氩气体进行焊接，或采用背面衬陶质衬垫，6mm大间隙,进行CO2半自动焊接，增加了填充材料的消耗。为了满足09CuPCrNi-A耐候钢在船用柴油机SCR反应器上的应用，并得到性能合格的焊接接头，本发明提供了一种技术方案简单、适应范围广、效率较高、焊接变形小，实施效果均符合船级社相关标准的技术要求的焊接工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有船舶柴油机SCR反应器制造用材的不足，解决SCR反应器的制造中的选材和焊接工艺问题，提供一种耐候钢的同钢种焊接工艺及其应用，采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊接方式，达到接头力学性能优良、熔渣保护、耐候性良好同时焊接效率较高的效果，具有工艺简单、实用性强的优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种耐候钢的同钢种焊接工艺，其特征在于：所述的同钢种焊接工艺采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊接方法，包括：
1)所述耐候钢为09CuPCrNi-A，其厚度为12mm，结构是板材或管材；
2)焊接材料选用耐候钢GFR-81W2药芯焊丝，直径为1.2mm，化学成分符合标准AWSA5.29E81T1-W2C；
3)焊接接头形式采用对接，接缝形式为V形坡口，该坡口角度为60°，根部间隙为1-2mm；
4)焊缝采用多层焊接，层与层之间温度不超过150℃。
所述的同钢种焊接工艺可以预热120-150℃，或不采用预热。
对接接头的焊接顺序为：
a.将机械加工后的坡口两侧各20mm进行打磨，使之露出金属光泽；
b.进行定位焊接，坡口间隙控制在1-2mm；
c.预热120℃-150℃或不预热；
d.采用与定位焊相同的参数进行打底层焊接；
e.进行填充层焊接；
f.进行.反面请根，并进行盖面1焊接；
g.进行盖面2焊接；
h.采用石棉毡进行保温缓冷。
所述的同钢种焊接工艺在各工序焊接中的参数如下：
定位焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流110-130A，焊接电压20-21V，焊接速度25-35cm/min，反接，摆幅为1-3mm，热输入量7-9KJ/cm；
打底层焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流150-170A，焊接电压20-21V，焊接速度25-35cm/min，反接，摆幅为1-3mm，热输入量10-12KJ/cm；
填充层焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流170-190A，焊接电压21-22V，焊接速度25-35cm/min，反接，摆幅为4-6mm，热输入量12-14KJ/cm；
盖面层焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流190-210A，焊接电压24-25V，焊接速度20-24cm/min，反接，摆幅为5-7mm，热输入量20-22KJ/cm；
封底层焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流190-210A，焊接电压23-24V，焊接速度25-35cm/min，反接，摆幅为4-6mm，热输入量15-17KJ/cm。
所述的耐候钢的同钢种焊接工艺在船舶柴油机SCR反应器制造上的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下益处：
1)本发明合理地选择了SCR反应器的结构材料为耐候钢09CuPCrNi-A，该材料是在低碳钢的基础上通过加入能提高耐大气腐蚀性能的合金元素热轧而成，其组织为块状和条状的铁素体加少量的珠光体，含碳量较低，塑性和韧性较高，焊接性能好，具有较好的耐腐蚀性能；因此，本应用材料耐候钢09CuPCrNi-A较常规的材料低合金结构钢Q345和不锈钢316L，作为SCR反应器的制造材料，可获得既满足耐热耐腐蚀性好、强度高和焊接工艺性好的要求，又降低成本的效果。
2)本发明合理地选择焊接材料，使形成的焊缝金属同时含有镍、铬、铜等起耐腐蚀性作用的元素，保证了焊缝金属的耐腐蚀性等同于母材金属。
3)本发明采用药芯焊丝气体保护焊接，既具有熔渣保护特点又具有半自动焊接优点，熔敷效率高，提高了生产效率。
4)本发明采用了多层焊接，充分利用前层焊缝对后层焊缝的预热，后层焊缝对前层焊缝的热处理作用，从而改变了焊接接头的组织及应力分布，可以取消耐候钢的焊前预热，简化了焊接工艺，减轻了工人的劳动强度。
5)所获得的同钢种材料焊接接头的综合力学性能及组织性能优良，达到了船舶柴油机SCR反应器的要求，能够用于SCR反应器主体的制造。
附图说明
图1是本发明中09CuPCrNi-A同种材料的焊接工艺中V型坡口的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述
本发明涉及的耐候钢09CuPCrNi-A的化学成分列于表1、2。09CuPCrNi-A耐候钢板生产要求符合标准《GB/T4171-2008耐候结构钢》。
表109CuPCrNi-A钢板的化学成分
实例1(不预热焊接)
采用FCAW焊接方法焊接板厚为12mm的09CuPCrNi-A耐候钢，试板尺寸为300mmX150mmX12mm,焊接坡口形式如图1，焊接材料选择京雷焊材GFR81-W2，符合标准AWSA5.29E81T1-W2C,焊接设备选用KRII500焊机，焊接顺序如下：预组装(一端间隙1mm,另一端间隙为1.5mm)、定位焊接、打底层焊接、填充层焊接、背面清根、背面盖面1焊接、盖面2焊接，如图1所示。焊接参数如下表：
表309CuPCrNi-A耐候钢焊接参数
表4焊接工艺评定表
根据09CuPCrNi-A焊接工艺方案实施效果如表4所示。经外观检查，确认外部质量均符合ENISO5817-2003《钢镍钛及其合金的熔化焊-缺欠评定》标准的检测与评定要求。对焊缝全长进行超声波探伤检验，确认内部质量均达到JB/T4730.3-2005的要求；接头拉伸的性能：抗拉强度为450.95Mpa,且断裂于09CuPCrNi-A母材，并且远离于焊缝热影响区；宏观金相显示全熔透，微观金相显示无裂纹，符合验收标准GLII-3-2/GLII-3-3；接头的冷弯性能：侧弯α＝180°，拉伸面上焊缝和热影响区，任何方向上未见有开口缺陷；接头的冲击性能(-20℃)：焊缝及热影响区Ak≥20J；接头的最高硬度：HV10≤350，符合GLII-3-3标准。
实例2(预热焊接)
采用FCAW焊接方法焊接板厚为12mm的09CuPCrNi-A耐候钢，试板尺寸为300mmX150mmX12mm,焊接坡口形式如图1，焊接材料选择京雷焊材GFR81-W2，符合标准AWSA5.29E81T1-W2C,焊接设备选用KRII500焊机，焊接顺序如下：预组装(一端间隙1mm,另一端间隙为1.5mm)、定位焊接、预热到130℃、打底层焊接、填充层焊接、背面清根、背面盖面1焊接、盖面2焊接，如图1所示。焊接参数如下表：
表509CuPCrNi-A耐候钢焊接参数
表6焊接工艺评定表
根据09CuPCrNi-A焊接工艺方案实施效果如表6所示。经外观检查，确认外部质量均符合ENISO5817-2003《钢镍钛及其合金的熔化焊-缺欠评定》标准的检测与评定要求。对焊缝全长进行超声波探伤检验，确认内部质量均达到JB/T4730.3-2005的要求；接头拉伸的性能：抗拉强度为530.00Mpa,且断裂于09CuPCrNi-A母材，并且远离于焊缝热影响区；宏观金相显示全熔透，微观金相显示无裂纹，符合验收标准GLII-3-2/GLII-3-3；接头的冷弯性能：侧弯α＝180°，拉伸面上焊缝和热影响区，任何方向上未见有开口缺陷；接头的冲击性能(-20℃)：焊缝及热影响区Ak≥20J；接头的最高硬度：HV10≤350，符合GLII-3-3标准。
采用上述所提出的耐候钢的焊接工艺方案，能够获得满足SCR反应器技术要求的焊接接头，可以采用预热或不预热的方案应用于SCR反应器主体的实际焊接。

Claims (5)

1.一种耐候钢的同钢种焊接工艺，其特征在于：所述的同钢种焊接工艺采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊接方法，包括：
1)所述耐候钢为09CuPCrNi-A，其厚度为12mm，结构是板材或管材；
2)焊接材料选用耐候钢GFR-81W2药芯焊丝，直径为1.2mm，化学成分符合标准AWSA5.29E81T1-W2C；
3)焊接接头形式采用对接，接缝形式为V形坡口，该坡口角度为60°，根部间隙为1-2mm；
4)焊缝采用多层焊接，层与层之间温度不超过150℃。
2.如权利要求1所述的耐候钢的同钢种焊接工艺，其特征在于：所述的同钢种焊接工艺可以预热120-150℃，或不采用预热。
3.如权利要求1所述的耐候钢的同钢种焊接工艺，其特征在于：对接接头的焊接顺序为：
a.将机械加工后的坡口两侧各20mm进行打磨，使之露出金属光泽；
b.进行定位焊接，坡口间隙控制在1-2mm；
c.预热120℃-150℃或不预热；
d.采用与定位焊相同的参数进行1-打底层焊接；
e.进行2-填充层焊接；
f.进行.反面请根，并进行3-盖面1焊接；
g.进行4-盖面2焊接；
h.采用石棉毡进行保温缓冷。
4.如权利要求1所述的耐候钢的同钢种焊接工艺，其特征在于：所述的同钢种焊接工艺在各工序焊接中的参数如下：
定位焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流110-130A，焊接电压20-21V，焊接速度25-35cm/min，反接，摆幅为1-3mm，热输入量7-9KJ/cm；
打底层焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流150-170A，焊接电压20-21V，焊接速度25-35cm/min，反接，摆幅为1-3mm，热输入量10-12KJ/cm；
填充层焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流170-190A，焊接电压21-22V，焊接速度25-35cm/min，反接，摆幅为4-6mm，热输入量12-14KJ/cm；
盖面层焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流190-210A，焊接电压24-25V，焊接速度20-24cm/min，反接，摆幅为5-7mm，热输入量20-22KJ/cm；
封底层焊缝：保护气体流量15-20L/min，焊接电流190-210A，焊接电压23-24V，焊接速度25-35cm/min，反接，摆幅为4-6mm，热输入量15-17KJ/cm。
5.一种如权利要求1所述的耐候钢的同钢种焊接工艺在船舶柴油机SCR反应器制造上的应用。
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