CN107309527A - 一种低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺 - Google Patents

一种低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其包括以下步骤：S1、选用E36‑W100母材进行焊接，选用二氧化碳气体保护焊打底，焊接选用药芯焊丝，埋弧焊填充和盖面；S2、分别进行线能量为50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM的焊接；S3、在焊接完成48小时后进行无损检测和力学性能试验取样；S4、焊接时采用两种焊接坡口形式：采用X型坡口及K型坡口形式对接焊。本发明选用对于大热输入敏感性低的母材，使双丝埋弧焊能更放心的使用。同时通过采用大线能量高效的焊接工艺，极大地提高了工作效率，节省人工成本，缩短建造周期，降低场地的占用率，降低成本。

Description

一种低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺
技术领域
本发明涉及钢板焊接工艺技术领域，尤其涉及一种低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺。
背景技术
现有技术中，导管架一般吨位大，管径和壁厚也超出一般的钢结构尺寸，而且管子数量众多，导管架几乎所有的纵环缝预制都需要使用埋弧焊，而该焊接方法的热输入很大，对于母材要求很高。在制管纵环缝预制过程中，现阶段更多使用的都是单丝埋弧焊，偶尔会在特殊的材料上使用双丝焊，但由于国内母材对于大热输入的敏感性，导致双丝埋弧焊难以真正在导管架预制时放心大胆的使用，且在进行焊接工艺评定时极易出现CTOD试验不合格的情况。
针对这种在焊接过程中易出现大热输入导致焊接接头性能不合格的情况，选用一种适合大线能量的母材且开发出高效的能满足焊接质量的双丝埋弧焊接工艺显得极为重要。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种提高焊接效率，节省人工成本，缩短建造周期，能极大的提高工作效率的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明提供的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其包括以下步骤：
S1、选用E36-W100母材进行焊接，选用二氧化碳气体保护焊打底，焊接选用药芯焊丝，埋弧焊填充和盖面；
S2、分别进行线能量为50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM的焊接；其中，焊接的主要参数设置为：焊丝直径4mm，线能量50KJ/CM的电流600～640A，电压为31～33V，焊接速度245～255mm/min；线能量100KJ/CM的参数为直流电流620～660A，电压30～35V，交流电流610～650A，电压30～40V，焊接速度236～275mm/min；线能量160KJ/CM的参数为直流电流700～810A，电压32～34V，交流电流690～790A，电压35～40V，焊接速度211～250mm/min；并且，在焊接过程中，预热和层间温度控制在100℃-200℃，使线能量的值总体分布分别达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM的值；
S3、在焊接完成48小时后进行无损检测和力学性能试验取样；
S4、焊接时采用两种焊接坡口形式：采用X型坡口及K型坡口形式对接焊。
进一步地，焊接用的焊丝焊剂选用GHM55D/GM55D，所述E36-W100母材的厚度为100mm。
进一步地，所述焊接K型坡口形式时，保证直边处的热输入分别达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM值，保持焊接电流、电压和焊接速度的一致性，保证直边的完整性，便于热影响区CTOD试样的制取。
进一步地，所述的焊接过程中应计算线能量，以达到所要求的线能量50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM时，所做的焊接热影响区CTOD值大于0.10mm/-10℃；所做的焊接热影响区冲击韧性值大于27J/-40℃。
进一步地，所述步骤S1中，所述E36-W100母材的焊接方法包括：
S11、钢板下料，根据加工图划线切割加工出试板；
S12、试板加工完成并检验尺寸合格后进行试件装配，加上马板及引弧板，装配好后再次检查试板装配尺寸是否合格；
S13、试板组对好后,进行焊缝第一面焊接；
S14、三分之二的一面焊接一半后，直至其冷却至28-32℃后，卸掉马板，完全气刨掉二氧打底层的厚度，再进行打磨，并把坡口扩成U型或者半U型，在气刨和打磨K型坡口时，保住直边的完整性；
S15、进行后续三分之一的一面的焊接，焊接完成后，再进行翻面，焊接未焊的部分。
进一步地，所述步骤S13具体包括：
S131、焊接前，焊剂要在300℃-350℃烘干1.9-2.1小时，二氧化碳气体保护焊送气量足:15-25L/min；
S132、试板除锈打磨；
S133、预热温度和层间温度,不低于100℃,不高于200℃，测温距离为75mm外；断焊后，重新预热的温度应不低于正式施焊预热温度；
S134、二氧打底焊道应有足够的厚度；每焊完一道,打磨到没有焊渣；
S135、焊接过程中随时记录好焊接电流、电压、温度、时间、焊道宽度和每层焊道距离表面的高度，并计算线能量，确保其完全熔合，以达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM热输入值；
S136、中间出意外停顿的话，需要将接头打磨干净；
S137、焊完二氧化碳气体保护焊后，检测焊层表面与试板表面的距离。
本发明的有益效果在于：1)、选用了适合大线能量焊接的母材，降低母材对于大热输入的敏感性，使双丝埋弧焊能更放心的使用。2)、通过采用大线能量高效的焊接工艺，极大地提高了工作效率，节省人工成本，缩短建造周期，降低场地的占用率，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺的方法流程图；
图2是本发明的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺的焊缝“X”型坡口示意图；
图3是本发明的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺的焊缝“K”型坡口示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1-3所示，本发明的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其包括以下步骤：
S1、选用E36-W100母材进行焊接，选用二氧化碳气体保护焊打底，焊接选用药芯焊丝，埋弧焊填充和盖面；本发明中，打底焊接可以选用HOBART BROTHERS生产的直径Φ1.4mm的药芯焊丝打底，药芯焊丝可以选用FORMULA XL-550(H4)，填充和盖面可以选用直径Φ4.0mm的埋弧焊丝GHM-55D，配用焊剂为GM-55D。E36-W100母材的厚度为100mm，该母材材料具有强度高、韧性优良、焊接特性好等优点。
S2、分别进行线能量为50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM的焊接；其中，焊接的主要参数设置为：焊丝直径4mm，线能量50KJ/CM的电流600～640A，电压为31～33V，焊接速度245～255mm/min；线能量100KJ/CM的参数为直流电流620～660A，电压30～35V，交流电流610～650A，电压30～40V，焊接速度236～275mm/min；线能量160KJ/CM的参数为直流电流700～810A，电压32～34V，交流电流690～790A，电压35～40V，焊接速度211～250mm/min；并且，在焊接过程中，预热和层间温度控制在100℃-200℃，使线能量的值总体分布分别达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM的值；
S3、在焊接完成48小时后进行无损检测和力学性能试验取样，进行力学性能试验和CTOD试验；其中，无损检测包括磁粉检测和超声检测，当然，也可以采用其他形式进行检测。
S4、焊接时采用两种焊接坡口形式：采用X型坡口及K型坡口形式对接焊。其中，X型坡口为非CTOD试样，K型坡口为CTOD试样。
本发明中，所述焊接K型坡口形式时，保证直边处的热输入分别达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM值，保持焊接电流、电压和焊接速度的一致性，保证直边的完整性，便于热影响区CTOD试样的制取。
所述的焊接过程中应计算线能量，以达到所要求的线能量50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM时，所做的焊接热影响区CTOD值大于0.10mm/-10℃；所做的焊接热影响区冲击韧性值大于27J/-40℃。
本发明中，所述步骤S1中，所述E36-W100母材的焊接方法包括：
S11、钢板下料，根据加工图划线切割加工出试板；根据加工图划线切割加工出试板并打钢印。
S12、试板加工完成并检验尺寸合格后进行试件装配，加上马板及引弧板，装配好后再次检查试板装配尺寸是否合格；
S13、试板组对好后,进行焊缝第一面焊接；
S14、三分之二的一面焊接一半后，直至其冷却至28-32℃后，卸掉马板，完全气刨掉二氧打底层的厚度，再进行打磨，并把坡口扩成U型或者半U型，在气刨和打磨K型坡口时，保住直边的完整性；
S15、进行后续三分之一的一面的焊接，焊接完成后，再进行翻面，焊接未焊的部分。
所述步骤S13具体包括：
S131、焊接前，焊剂要在300℃-350℃烘干1.9-2.1小时，二氧化碳气体保护焊送气量足:15-25L/min；
S132、试板除锈打磨；
S133、预热温度和层间温度,不低于100℃,不高于200℃，测温距离为75mm外；断焊后，重新预热的温度应不低于正式施焊预热温度；
S134、二氧打底焊道应有足够的厚度；每焊完一道,打磨到没有焊渣；
S135、焊接过程中随时记录好焊接电流、电压、温度、时间、焊道宽度和每层焊道距离表面的高度，并计算线能量，确保其完全熔合，以达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM热输入值；
S136、中间出意外停顿的话，需要将接头打磨干净；
S137、焊完二氧化碳气体保护焊后，检测焊层表面与试板表面的距离。
本发明中，实验数据及实验结果具体如表1-表17所述：
表1:试验清单如下：
表1
实施例一：
线能量50KJ/CM的实验试样的具体力学性能测试结果如下：表2为横向拉伸试验，表3为圆棒拉伸试验，表4为侧弯试验，表5为夏比V型缺口冲击试验，表6为化学成分分析试验，表7为CTOD试验(-10℃)。
试样编号 抗拉强度(N/mm)
WTHHI-003-T1 575
WTHHI-003-T2 570
WTHHI-003-T3 580
WTHHI-003-T4 525
WTHHI-003-T5 580
WTHHI-003-T6 525
WTHHI-005-T1 515
WTHHI-005-T2 565
WTHHI-005-T3 560
WTHHI-005-T4 520
WTHHI-005-T5 565
WTHHI-005-T6 580
表2
试样编号 屈服强度(N/mm2) 拉伸强度(N/mm2) 延伸率％
WTHHI-003-T7 520 595 28
表3
试样编号 检验结果
WTHHI-003-B1 合格
WTHHI-003-B2 合格
WTHHI-003-B3 合格
WTHHI-003-B4 合格
WTHHI-003-B5 合格
WTHHI-003-B6 合格
WTHHI-003-B7 合格
WTHHI-003-B8 合格
WTHHI-003-B9 合格
WTHHI-003-B10 合格
WTHHI-003-B11 合格
WTHHI-003-B12 合格
WTHHI-003-B13 合格
WTHHI-003-B14 合格
WTHHI-003-B15 合格
表4
表5(试样尺寸：10mm*10mm*55mm试验温度：-40℃)
试样编号 C Si Mn P S V Ti Als Cr Ni Mo N
WTHHI-003 0.064 0.44 1.18 0.011 0.001 0.012 0.01 0.006 0.045 0.39 0.08 0.009
表6
表7
实施例二：
线能量100KJ/CM的实验试样的具体力学性能测试结果如下：表8为横向拉伸试验，表9为圆棒拉伸试验，表10为侧弯试验，表11为夏比V型缺口冲击
试验，表12为CTOD试验(-10℃)。
试样编号 抗拉强度(N/mm2)
WTHHI-007-T1 520
WTHHI-007-T2 585
WTHHI-007-T3 525
WTHHI-007-T4 575
WTHHI-007-T5 570
WTHHI-007-T6 560
WTHHI-009-T1 515
WTHHI-009-T2 570
WTHHI-009-T3 575
WTHHI-009-T4 515
WTHHI-009-T5 580
WTHHI-009-T6 575
表8
试样编号 屈服强度(N/mm2) 拉伸强度(N/mm2) 延伸率％
WTHHI-007-T7 465 580 29.5
表9
试样编号 检验结果 备注
WTHHI-007-B1 合格
WTHHI-007-B2 合格
WTHHI-007-B3 合格
WTHHI-007-B4 合格
WTHHI-007-B5 合格
WTHHI-007-B6 合格
WTHHI-007-B7 合格
WTHHI-007-B8 合格
WTHHI-007-B9 合格
WTHHI-007-B10 合格
WTHHI-007-B11 合格
WTHHI-007-B12 合格
表10
表11
表12
实施例三：
线能量160KJ/CM的实验试样的具体力学性能测试结果如下：表13为横向拉伸试验，表14为圆棒拉伸试验，表15为侧弯试验，表16为夏比V型缺口冲击试验，表17为CTOD试验(-10℃)。
试样编号 抗拉强度(N/mm2)
WTHHI-011-T1 525
WTHHI-011-T2 555
WTHHI-011-T3 570
WTHHI-011-T4 570
WTHHI-011-T5 525
WTHHI-011-T6 570
WTHHI-013-T1 505
WTHHI-013-T2 500
WTHHI-013-T3 570
WTHHI-013-T4 565
WTHHI-013-T5 565
WTHHI-013-T6 555
表13
试样编号 屈服强度(N/mm2) 拉伸强度(N/mm2) 延伸率％
WTHHI-011-T7 510 605 29.5
表14
表15
表16
表17
本发明中，从表2-表13中可以看出，通过本发明的焊接工艺方法，合理的选择焊接材料，科学的控制焊接参数，降低母材对于大热输入的敏感性，使焊接接头性能更加稳定、韧性更好，从而能满足低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接质量要求，同时，也使双丝埋弧焊能更放心的被使用。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选用E36-W100母材进行焊接，选用二氧化碳气体保护焊打底，焊接选用药芯焊丝，埋弧焊填充和盖面；
S2、分别进行线能量为50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM的焊接；其中，焊接的主要参数设置为：焊丝直径4mm，线能量50KJ/CM的电流600～640A，电压为31～33V，焊接速度245～255mm/min；线能量100KJ/CM的参数为直流电流620～660A，电压30～35V，交流电流610～650A，电压30～40V，焊接速度236～275mm/min；线能量160KJ/CM的参数为直流电流700～810A，电压32～34V，交流电流690～790A，电压35～40V，焊接速度211～250mm/min；并且，在焊接过程中，预热和层间温度控制在100℃-200℃，使线能量的值总体分布分别达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM的值；
S3、在焊接完成48小时后进行无损检测和力学性能试验取样；
S4、焊接时采用两种焊接坡口形式：采用X型坡口及K型坡口形式对接焊。
2.如权利要求1所述的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其特征在于，焊接用的焊丝焊剂选用GHM55D/GM55D，所述E36-W100母材的厚度为100mm。
3.如权利要求1或2所述的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其特征在于，所述焊接K型坡口形式时，保证直边处的热输入分别达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM值，保持焊接电流、电压和焊接速度的一致性，保证直边的完整性，便于热影响区CTOD试样的制取。
4.如权利要求1所述的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其特征在于，所述的焊接过程中应计算线能量，以达到所要求的线能量50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM时，所做的焊接热影响区CTOD值大于0.10mm/-10℃；所做的焊接热影响区冲击韧性值大于27J/-40℃。
5.如权利要求1或2或4所述的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述E36-W100母材的焊接方法包括：
S11、钢板下料，根据加工图划线切割加工出试板；
S12、试板加工完成并检验尺寸合格后进行试件装配，加上马板及引弧板，装配好后再次检查试板装配尺寸是否合格；
S13、试板组对好后,进行焊缝第一面焊接；
S14、三分之二的一面焊接一半后，直至其冷却至28-32℃后，卸掉马板，完全气刨掉二氧打底层的厚度，再进行打磨，并把坡口扩成U型或者半U型，在气刨和打磨K型坡口时，保住直边的完整性；
S15、进行后续三分之一的一面的焊接，焊接完成后，再进行翻面，焊接未焊的部分。
6.如权利要求5所述的低温下海洋工程大厚钢板的大线能量焊接工艺，其特征在于，所述步骤S13具体包括：
S131、焊接前，焊剂要在300℃-350℃烘干1.9-2.1小时，二氧化碳气体保护焊送气量足:15-25L/min；
S132、试板除锈打磨；
S133、预热温度和层间温度,不低于100℃,不高于200℃，测温距离为75mm外；断焊后，重新预热的温度应不低于正式施焊预热温度；
S134、二氧打底焊道应有足够的厚度；每焊完一道,打磨到没有焊渣；
S135、焊接过程中随时记录好焊接电流、电压、温度、时间、焊道宽度和每层焊道距离表面的高度，并计算线能量，确保其完全熔合，以达到所要求的50KJ/CM、100KJ/CM和160KJ/CM热输入值；
S136、中间出意外停顿的话，需要将接头打磨干净；
S137、焊完二氧化碳气体保护焊后，检测焊层表面与试板表面的距离。
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