CN105562892A - 一种e550海洋工程用厚板焊接工艺 - Google Patents

一种e550海洋工程用厚板焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种E550海洋工程用厚板焊接工艺。本发明通过采用优化的坡口设计和优选的焊材，综合应用实芯焊丝气保焊及埋弧自动焊两种焊接方法，配以合理的焊前预热，焊后消氢及消应力热处理措施，最终实现了E550海洋工程用厚板的优质、高效焊接。

Description

一种E550海洋工程用厚板焊接工艺
技术领域
本发明涉及钢板焊接工艺技术领域，特别是涉及一种E550海洋工程用厚板焊接工艺。
背景技术
伴随海上油气开采越来越向深海发展，海洋平台建设日趋向超大型化发展，用于平台焊接结构的高强度厚板越来越多。E550海洋工程用厚板是平台建设所需的一种重要的高强度厚板材料，在平台悬臂梁、自升式平台桩腿等部位得到广泛应用。
海洋平台在服役期间要承受风暴、潮汐，甚至地震等严苛载荷，这对平台结构的强度及韧性提出了极高要求。而焊接接头因存在冷裂倾向、应力集中、焊接热影响区脆化及软化等不利因素，使得焊接接头成为海洋平台上最为薄弱的结构部位。为获得强韧性具佳E550海洋工程用厚板，会在钢板中添加较高的C、Mn、Cr、Mo、Cu、V等合金元素，加之钢板厚度达60～80mm，这使得钢板的焊接性较差。
高强度厚板的焊接冷裂纹敏感性较高，如何采用合理的焊接工艺，既避免焊接冷裂纹的产生，又可确保最终焊接接头的强度和韧性满足标准要求，这是E550海洋工程用厚板焊接的一大技术难题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种E550海洋工程用厚板焊接工艺。本发明通过采用优化的坡口设计和优选的焊材，综合应用实芯焊丝气保焊及埋弧自动焊两种焊接方法，配以合理的焊前预热，焊后消氢及消应力热处理措施，最终实现了E550海洋工程用厚板的优质、高效焊接。
本发明的一种E550海洋工程用厚板焊接工艺技术方案为，包括以下步骤：
(1)对E550钢板接头加工及装配坡口，所述坡口呈“K”字型，上方为正面坡口，下方为与正面坡口相对的背面坡口；
(2)正面打底焊接前，对钢板进行预热；
(3)使用实芯焊丝气保焊对正面进行打底焊接，随后使用埋弧自动焊对正面进行部分填充焊接，焊接至正面坡口深度1/3处；
(4)采用角向磨光机打磨背面焊根，随后使用实芯焊丝气保焊对背面进行打底焊接；
(5)使用埋弧自动焊对背面进行填充和盖面焊接；
(6)使用埋弧自动焊焊对正面进行剩余填充焊接和盖面焊接；
(7)对焊后钢板进行消氢处理和消应力热处理。
所述的步骤(1)中，背面坡口垂直高度为钢板厚度的1/3，正面坡口垂直高度为钢板厚度的2/3。
正面坡口一条边垂直于钢板，另一条边由面向开口方向呈120度角的折线构成，从而将正面坡口分为正面坡口下部和正面坡口上部，正面坡口下部角度为60°，正面坡口上部角度为20°，正面坡口下部的垂直高度为钢板厚度的1/6。
背面坡口角度为45°；坡口无钝边；坡口根部间隙为0～1mm。
所述的步骤(2)中，预热温度为100～150℃。
所述的步骤(3)和(4)中，实芯焊丝气保焊的焊丝牌号为大西洋CHW-55C1，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为Ar+CO2混合气。
在步骤(3)、(5)和(6)中，埋弧自动焊的焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62。
步骤(7)中，消应力热处理温度为600℃，保温时间为3min/mm。本发明的有益效果为：
1.采用优化的坡口设计，有效降低坡口横截面积，减少焊接道数和层数，从而提高E550海洋工程用厚板最终的焊接效率。本发明提供的技术方案中的坡口设计比传统的双面60°V型坡口的横截面积小16％以上，也即意味着可以减少16％以上的焊接填充量，从而有效提高焊接效率。本发明提供的技术方案中的正面坡口下部角度为60°，上部角度为20°，这种设计的坡口横截面积与传统的45°K型坡口横截面积接近，但却比传统的45°K型坡口更易于埋弧焊时的脱渣和清渣。
2.采用优选的焊材，通过实芯焊丝气保焊打底，埋弧自动焊填充、盖面的焊接方法，实现E550海洋工程用厚板的优质、高效焊接。本发明提供的技术方案在打底焊时采用大西洋CHW-55C1实芯焊丝气保焊，获得的打底焊缝氢含量低，塑性和韧性好，可以有效避免焊接冷裂纹的产生，也避免了采用埋弧焊打底极易产生夹渣缺陷的难题。采用埋弧自动焊焊进行填充和盖面焊接，焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62，埋弧焊时的线能量控制在15～35KJ/cm，层间温度100～250℃，最终获得满足强度和韧性要求的优质焊缝。
3.采用合理的焊前预热，焊后消氢及消应力热处理等措施，有效降低焊接接头产生冷裂纹的可能性。高强度厚板的焊接冷裂纹敏感性较高，如何采用合理的焊前预热，焊后消氢及消应力热处理措施，既避免焊接冷裂纹的产生，又可确保最终焊接接头的强度和韧性满足标准要求，这是E550海洋工程用厚板焊接的一大技术难题。本发明提供的技术方案，焊前预热100～150℃；焊后消氢处理温度为250℃，保温时间为2h；消应力热处理温度为600℃，保温时间为3min/mm，这一技术方案有效解决了上述技术难题。
附图说明
图1所示为本发明的坡口示意图。
图中，1-正面坡口下部，2-正面坡口上部，3-背面坡口。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案。
实施例1
E550钢板厚度80mm，埋弧自动焊线能量15KJ/cm。
1)对E550钢板接头加工坡口，并装配坡口，坡口呈近似K字型，见说明书附图图1，上方为正面坡口，下方为与正面坡口相对的背面坡口3；背面坡口3垂直高度为钢板厚度的1/3，正面坡口垂直高度为钢板厚度的2/3，正面坡口一条边垂直于钢板，另一条边由面向开口方向呈120度角的折线构成，从而将正面坡口分为正面坡口下部1和正面坡口上部2，正面坡口下部1角度为60°，正面坡口上部2角度为20°，正面坡口下部1的垂直高度为钢板厚度的1/6；背面坡口3角度为45°；坡口无钝边；坡口根部间隙为1mm。
2)正面打底焊接前，对钢板进行预热，预热温度为125℃。
3)使用实芯焊丝气保焊对正面进行打底焊接，随后使用埋弧自动焊对正面进行填充焊接，焊接至正面坡口深度1/3处。气保焊焊丝牌号为大西洋CHW-55C1，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2，保护气体流量18L/Min，焊接电流为220A，焊接电压为24V，焊接速度为300mm/Min。埋弧焊焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62，焊剂使用前需350℃烘焙1.5小时。埋弧焊焊接电流为440A，焊接电压为29V，焊接速度为500mm/Min。
4)采用角向磨光机对背面焊根进行打磨，随后使用实芯焊丝气保焊对背面进行打底焊接。气保焊焊丝牌号为大西洋CHW-55C1，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2，保护气体流量18L/Min，焊接电流为220A，焊接电压为24V，焊接速度为300mm/Min。
5)使用埋弧自动焊对背面进行填充和盖面焊接。埋弧焊焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62，焊剂使用前需350℃烘焙1.5小时。埋弧焊焊接电流为440A，焊接电压为29V，焊接速度为500mm/Min。
6)使用埋弧自动焊焊对正面进行剩余填充焊接和盖面焊接。埋弧焊焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62，焊剂使用前需350℃烘焙1.5小时。埋弧焊焊接电流为440A，焊接电压为29V，焊接速度为500mm/Min。
7)对焊后钢板进行消氢处理和消应力热处理。消氢处理温度为250℃，保温时间为2h。消应力热处理温度为600℃，保温时间为3min/mm。
8)焊后48h对焊接接头进行超声波探伤，探伤结果达到GB/T11345-1989标准规定的I级要求，力学性能检测结果满足相关标准要求，具体见表1和表2所示。
实施例2
E550钢板厚度80mm，埋弧自动焊线能量35KJ/cm。
1)对E550钢板接头加工坡口，并装配坡口，坡口呈近似K字型，见说明书附图图1，上方为正面坡口，下方为与正面坡口相对的背面坡口3；背面坡口3垂直高度为钢板厚度的1/3，正面坡口垂直高度为钢板厚度的2/3，正面坡口一条边垂直于钢板，另一条边由面向开口方向呈120度角的折线构成，从而将正面坡口分为正面坡口下部1和正面坡口上部2，正面坡口下部1角度为60°，正面坡口上部2角度为20°，正面坡口下部1的垂直高度为钢板厚度的1/6；背面坡口角度为45°；坡口无钝边；坡口根部间隙为1mm。
2)正面打底焊接前，对钢板进行预热，预热温度为125℃。
3)使用实芯焊丝气保焊对正面进行打底焊接，随后使用埋弧自动焊对正面进行填充焊接，焊接至正面坡口深度1/3处。气保焊焊丝牌号为大西洋CHW-55C1，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2，保护气体流量18L/Min，焊接电流为220A，焊接电压为24V，焊接速度为300mm/Min。埋弧焊焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62，焊剂使用前需350℃烘焙1.5小时。埋弧焊焊接电流为550A，焊接电压为32V，焊接速度为300mm/Min。
4)采用角向磨光机对背面焊根进行打磨，随后使用实芯焊丝气保焊对背面进行打底焊接。气保焊焊丝牌号为大西洋CHW-55C1，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2，保护气体流量18L/Min，焊接电流为220A，焊接电压为24V，焊接速度为300mm/Min。
5)使用埋弧自动焊对背面进行填充和盖面焊接。埋弧焊焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62，焊剂使用前需350℃烘焙1.5小时。埋弧焊焊接电流为550A，焊接电压为32V，焊接速度为300mm/Min。
6)使用埋弧自动焊焊对正面进行剩余填充焊接和盖面焊接。埋弧焊焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62，焊剂使用前需350℃烘焙1.5小时。埋弧焊焊接电流为550A，焊接电压为32V，焊接速度为300mm/Min。
7)对焊后钢板进行消氢处理和消应力热处理。消氢处理温度为250℃，保温时间为2h。消应力热处理温度为600℃，保温时间为3min/mm。
8)焊后48h对焊接接头进行超声波探伤，探伤结果达到GB/T11345-1989标准规定的I级要求，力学性能检测结果满足相关标准要求(请见表1、表2)。
表1焊接接头拉伸试验结果(Rm/Mpa)
项目 Rm/Mpa 断裂位置
实施例1 710 母材
实施例2 706 母材
表2焊接接头冲击试验结果(-40℃KV2/J)
注：FL为熔合线，“/”后数值为该组平均值
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 (8)

1.一种E550海洋工程用厚板焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)加工及装配坡口，所述坡口呈“K”字型，上方为正面坡口，下方为与正面坡口相对的背面坡口；
(2)正面打底焊接前，对钢板进行预热；
(3)使用实芯焊丝气保焊对正面进行打底焊接，随后使用埋弧自动焊对正面进行部分填充焊接，焊接至正面坡口深度1/3处；
(4)打磨背面焊根，随后使用实芯焊丝气保焊对背面进行打底焊接；
(5)使用埋弧自动焊对背面进行填充和盖面焊接；
(6)使用埋弧自动焊焊对正面进行剩余填充焊接和盖面焊接；
(7)对焊后钢板进行消氢处理和消应力热处理。
2.根据权利要求1所述一种E550海洋工程用厚板焊接工艺，其特征在于，所述的步骤(1)中，背面坡口垂直高度为钢板厚度的1/3，正面坡口垂直高度为钢板厚度的2/3。
3.根据权利要求2所述一种E550海洋工程用厚板焊接工艺，其特征在于，正面坡口一条边垂直于钢板，另一条边由面向开口方向呈120度角的折线构成，从而将正面坡口分为正面坡口下部和正面坡口上部，正面坡口下部角度为60°，正面坡口上部角度为20°，正面坡口下部的垂直高度为钢板厚度的1/6。
4.根据权利要求1所述一种E550海洋工程用厚板焊接工艺，其特征在于，背面坡口角度为45°；坡口无钝边；坡口根部间隙为0～1mm。
5.根据权利要求1所述一种E550海洋工程用厚板焊接工艺，其特征在于，所述的步骤(2)中，预热温度为100～150℃。
6.根据权利要求1所述一种E550海洋工程用厚板焊接工艺，其特征在于，所述的步骤(3)和(4)中，实芯焊丝气保焊的焊丝牌号为大西洋CHW-55C1，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为Ar+CO2混合气。
7.根据权利要求1所述一种E550海洋工程用厚板焊接工艺，其特征在于，在步骤(3)、(5)和(6)中，埋弧自动焊的焊丝牌号为瑞典伊萨OKAutrod13.40，焊丝直径为φ4.0mm，焊剂牌号为瑞典伊萨OKFlux10.62。
8.根据权利要求1所述一种E550海洋工程用厚板焊接工艺，其特征在于，步骤(7)中，消应力热处理温度为600℃，保温时间为3min/mm。
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