CN105945403A - 一种海洋工程用钢板焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋工程用钢板焊接工艺，步骤包括：1）确认被焊钢板的焊接冷裂纹敏感指数Pcm和低温冲击功KV₂满足要求；2）加工及装配单面直边V字型坡口，在坡口背面贴装圆柱形陶瓷衬垫；3）对钢板进行预热，然后使用实芯焊丝富氩气体保护焊焊进行打底焊接；4）使用交流埋弧自动焊进行填充及盖面焊接；5）去掉背面陶瓷衬垫，随后使用交流埋弧自动焊焊接一道完成背部盖面；6）对焊后钢板进行消氢处理。通过优选母材及焊材，合理的坡口设计、焊前预热、焊接工艺参数及焊后消氢处理制度，实现了低温冲击韧性优良海洋工程用钢板的优质、高效焊接。

Description

一种海洋工程用钢板焊接工艺

技术领域

本发明特种焊接技术领域，尤其是涉及一种海洋工程用钢板焊接工艺，采用该工艺焊接后的接头处抗低温性和韧性均好。

背景技术

随着对海洋油气资源开发向极寒海域的不断拓展，为使油气开采平台能够承受风暴、潮汐、甚至地震等恶劣环境下的严苛载荷考验，对海洋平台所用钢板的低温韧性要求不断提高，对应的，对-60℃低温冲击功KV₂≥47J(冲击功的平均值)的钢板需求量不断增加。

由于焊接接头存在冷裂倾向、应力集中、焊接热影响区组织脆化等不利因素，成为海洋平台上最为薄弱的结构部位。而对于在低温海洋环境中服役的油气平台，焊接接头是否具有与母材相当的优良低温韧性，成为决定平台服役安全的关键问题。

海洋工程用钢板可通过合理的成分设计、TMCP工艺参数控制、热处理等多种技术手段，来获得足够细化的晶粒以满足低温韧性的需要。而要使焊接接头具有与母材相当的优良焊接低温韧性，则只能通过合理的焊接工艺来实现。因此一种能在施工现场高效实施、并能确保焊接接头符合要求的接头焊接工艺成为决定海洋油气平台服役安全的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种海洋工程用钢板焊接工艺，该工艺通过母材优选、合理的坡口设计、焊前预热、焊接工艺参数的合理选择以及焊后热处理等，实现了可用于恶劣环境下的钢板焊接过程，采用的技术方案是：一种海洋工程用钢板焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺包括以下步骤：

1)焊接前确认待焊钢板的焊接冷裂敏感指数Pcm和低温冲击功KV₂符合要求；

2)加工及装配单边V字形坡口，并在所述坡口背面贴装陶瓷衬垫；

3)对待焊钢板进行预热；

4)采用实芯焊丝富氩气体保护焊对所述坡口进行打底焊接；

5)使用交流埋弧自动焊对所述坡口进行填充和盖面焊接；

6)去掉所述陶瓷衬垫，并用交流埋弧焊自动焊焊接完成背面盖面；

7)对焊接后钢板进行消氢处理。

本发明的技术特征还有：所述步骤1)中，待焊接钢板牌号为FH40，厚度为60～80mm，Pcm≤0.22，-60℃KV₂≥47J。

本发明的技术特征还有：所述步骤2)中V字形坡口角度为30°，坡口无钝边，坡口根部间隙为6mm，反变形角度为4°～5°。

本发明的技术特征还有：所述步骤3)中预热温度为80℃～100℃。

本发明的技术特征还有：所述步骤4)中，实芯焊丝富氩气体保护焊的焊丝牌号为奥林康CARBOFIL Ni1，焊丝直径为

本发明的技术特征还有：所述步骤5)和步骤6)中，所述交流埋弧自动焊的线能量为25～30KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36，焊丝直径为焊剂牌号为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250℃烘干1h。

本发明的技术特征还有：所述步骤7)中，消氢处理温度为150℃，保温时间为48h。

本发明的技术特征还有：所述步骤2)中陶瓷衬垫直径为7mm。

本发明的有益效果在于：1)预热+中等线能量焊接+焊后消氢处理等措施的使用，有效降低焊接接头冷裂倾向，并防止焊接热影响区的粗晶区晶粒过分长大，确保焊接热影响区的低温冲击韧性满足母材标准要求，最终实现低温韧性优良海工钢的优质、高效焊接。

焊接线能量是影响焊缝和热影响区韧性的关键因素。焊接线能量过小，焊缝冷速快，会致使焊缝扩散氢含量高，以及焊接热影响区淬硬，不利于焊接接头优良低温韧性的获得。焊接线能量过大，焊缝冷速过慢，会致使有益的氧化物或氮化物溶解，焊缝和焊接热影响区晶粒过分长大，并产生不利韧性的上贝氏体等组织，最终导致焊接接头低温韧性不良。本发明技术方案采用25～30KJ/cm中等线能量，在保证较高焊接效率的同时，更确保焊缝和焊接热影响区的晶粒大小和组织类型满足优良低温冲击韧性的要求。焊缝中的扩散氢过高不但会增加焊接接头的冷裂倾向，对接头的韧性也有不利影响。本发明技术方案采用预热和焊后消氢处理措施，有效降低了焊缝中的扩散氢含量，进一步保证了焊接接头优良低温冲击韧性的获得。

2)小角度、宽根部间隙的单面直边V字型坡口，并配以适当反变形，在减少焊接填充量的同时，降低接头部位拘束度，有助于焊接热影响优良低温冲击韧性的获得。

众所周知，只在钢板的一面施焊，焊接的道数越多，钢板的角变形倾向越大。若采取刚性拘束措施限制角变形，又会增大内应力和冷裂倾向，进而对接头的低温冲击韧性造成不良影响。本发明技术方案采用坡口的横截面积较传统不带直边的60°V字型坡口大为减小，可以有效降低焊接道数。采用6mm的宽根部间隙，有助于埋弧焊填充焊接时的脱渣和焊渣清理。在坡口背面贴装圆柱形陶瓷衬垫，免除了背面碳弧气刨清根，既提高了焊接效率，更重要的是避免了碳弧气刨可能造成的焊接热影响区增碳和组织恶化可能，有助于优良低温冲击韧性的获得。配以4～5°的反变形，降低了焊接接头部位的拘束度，也有助于优良低温冲击韧性的获得。

3)采用优选的焊材，确保焊缝的强韧性与母材匹配。焊材是确保焊缝强韧性与母材匹配的根本，同时焊材的化学成分也会对焊接热影响区紧邻熔合线的部位的成分和性能造成影响。由于根部焊缝冷速快，熔合比大，因此根部焊缝较填充和盖面焊缝更易产生对韧性不良的淬硬组织，本发明技术方案在采用富氩气体保护焊进行打底焊接，选用奥林康CARBOFIL Ni1实芯焊丝，获得的打底焊缝氢含量低，低温冲击韧性好。采用交流埋弧自动焊焊进行填充和盖面焊接，焊丝牌号为神钢US-36，焊剂牌号为神钢PF-H55LT，在确保高效焊接的同时，并最终获得满足强度和韧性要求的优质焊缝。

附图说明

附图1是本发明中坡口示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。本发明公开了一种海洋工程用钢板焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺包括以下步骤：

1)焊接前确认待焊钢板的焊接冷裂敏感指数Pcm和低温冲击功KV₂符合要求；

2)加工及装配单边V字形坡口，并在所述坡口背面贴装陶瓷衬垫；

3)对待焊钢板进行预热；

4)采用实芯焊丝富氩气体保护焊对所述坡口进行打底焊接；

5)使用交流埋弧自动焊对所述坡口进行填充和盖面焊接；

6)去掉所述陶瓷衬垫，并用交流埋弧焊自动焊焊接完成背面盖面；

7)对焊接后钢板进行消氢处理。

实施例1：60mm厚FH40钢板，交流埋弧自动焊线能量25KJ/cm。

1)确认被焊钢板的焊接冷裂纹敏感指数Pcm和低温冲击功KV2满足要求，Pcm≤0.22，-60℃KV2≥47J；其中Pcm指数按照以下公式计算：

$P_{cm}=C+\frac{Si}{30}+\frac{Mn}{20}+\frac{Cu}{20}+\frac{Ni}{60}+\frac{Cr}{20}+\frac{Mo}{15}+\frac{V}{10}+5B$

2)加工及装配单面直边V字型坡口(图1)，并在坡口背面贴装圆柱形陶瓷衬垫，坡口角度30°，无钝边，坡口根部间隙为6mm，反变形角度为5°，陶瓷衬垫的直径为7mm；

3)对钢板进行预热，预热温度为100℃。然后使用实芯焊丝富氩气体保护焊进行打底焊接，焊丝牌号为奥林康CARBOFIL Ni1，焊丝直径为保护气体为80％Ar+20％CO₂混合气，保护气体流量18L/Min，焊接电流为160A，焊接电压为23V，焊接速度为160mm/Min；

4)使用交流埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，交流埋弧自动焊的线能量25KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36，焊丝直径为焊剂牌号为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250℃烘干1h，焊接电流为500A，焊接电压为25V，焊接速度为300mm/Min，层间温度80°～150°；

5)去掉背面陶瓷衬垫，随后使用交流埋弧自动焊焊接一道完成背部盖面，交流埋弧自动焊的线能量25KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36，焊丝直径为焊剂牌号为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250℃烘干1h，焊接电流为500A，焊接电压为25V，焊接速度为300mm/Min，层间温度80～150°；

6)对焊后钢板进行消氢处理，消氢处理温度为150℃，保温时间为48h。

7)对焊接接头进行超声波探伤，探伤结果达到GB/T 11345-1989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(表1、表2)。

实施例2：80mm厚FH40钢板，埋弧自动焊线能量30KJ/cm。

1)确认被焊钢板的焊接冷裂纹敏感指数Pcm和低温冲击功KV2满足要求，Pcm≤0.22，-60℃KV2≥47J；其中Pcm指数按照以下公式计算：

$P_{cm}=C+\frac{Si}{30}+\frac{Mn}{20}+\frac{Cu}{20}+\frac{Ni}{60}+\frac{Cr}{20}+\frac{Mo}{15}+\frac{V}{10}+5B$

2)加工及装配单面直边V字型坡口(图1)，并在坡口背面贴装圆柱形陶瓷衬垫，坡口角度30°，无钝边，坡口根部间隙为6mm，反变形角度为4°，陶瓷衬垫的直径为7mm；

3)对钢板进行预热，预热温度为100℃。然后使用实芯焊丝富氩气体保护焊进行打底焊接，焊丝牌号为奥林康CARBOFIL Ni1，焊丝直径为保护气体为80％Ar+20％CO₂混合气，保护气体流量18L/Min，焊接电流为160A，焊接电压为23V，焊接速度为160mm/Min；

4)使用交流埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，交流埋弧自动焊的线能量30KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36，焊丝直径为焊剂牌号为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250℃烘干1h，焊接电流为600A，焊接电压为28V，焊接速度为330mm/Min，层间温度80°～150°；

5)去掉背面陶瓷衬垫，随后使用交流埋弧自动焊焊接一道完成背部盖面，交流埋弧自动焊的线能量30KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36，焊丝直径为焊剂牌号为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250℃烘干1h，焊接电流为600A，焊接电压为28V，焊接速度为330mm/Min，层间温度80°～150°；

6)对焊后钢板进行消氢处理，消氢处理温度为150℃，保温时间为48h。

7)对焊接接头进行超声波探伤，探伤结果达到GB/T 11345-1989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(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	590	母材
实施例2	585	母材

表2焊接接头冲击试验结果(-60℃KV₂/J)

注：FL为熔合线，“/”后数值为该组平均值。

Claims (8)

1.一种海洋工程用钢板焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺包括以下步骤：

1)焊接前确认待焊钢板的焊接冷裂敏感指数Pcm和低温冲击功KV₂符合要求；

2)加工及装配单边V字形坡口，并在所述坡口背面贴装陶瓷衬垫；

3)对待焊钢板进行预热；

4)采用实芯焊丝富氩气体保护焊对所述坡口进行打底焊接；

5)使用交流埋弧自动焊对所述坡口进行填充和盖面焊接；

6)去掉所述陶瓷衬垫，并用交流埋弧焊自动焊焊接完成背面盖面；

7)对焊接后钢板进行消氢处理。

2.按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤1)中，待焊接钢板牌号为FH40，厚度为60～80mm，Pcm≤0.22，-60℃KV₂≥47J。

3.按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤2)中V字形坡口角度为30°，坡口无钝边，坡口根部间隙为6mm，反变形角度为4°～5°。

4.按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤3)中预热温度为80℃～100℃。

5.按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤4)中，实芯焊丝富氩气体保护焊的焊丝牌号为奥林康CARBOFIL Ni1，焊丝直径为

6.按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤5)和步骤6)中，所述交流埋弧自动焊的线能量为25～30KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36，焊丝直径为焊剂牌号为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250℃烘干1h。

7.按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤7)中，消氢处理温度为150℃，保温时间为48h。

8.按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤2)中陶瓷衬垫直径为7mm。