CN109848526A

CN109848526A - 一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺

Info

Publication number: CN109848526A
Application number: CN201910001492.9A
Authority: CN
Inventors: 李丽; 陆春洁; 田猛; 唐家龙
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明公开一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺。选用EH47高强止裂钢板，其厚度为50‑100mm，采用前丝为细焊丝、后丝为粗焊丝的双丝埋弧焊接工艺，实现了低热输入的高效焊接。此工艺措施在保证双丝埋弧焊高效率的同时，满足EH47高强止裂钢板焊接接头高标准的设计要求，实现了焊接质量与效率的最优化。实用性强、焊接操作简便、高效节能，适用于集装箱船建造推广应用。

Description

一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺

技术领域

本发明属于钢铁材料焊接技术领域，特别涉及一种船用高强钢板的双丝埋弧焊焊接工艺。

背景技术

近几年来，各大航运公司和船东为了提升运输效能，在选择船用钢板时倾向于具有良好性能的高强度厚钢板，目前具有高强度、优良低温韧性及止裂性能的EH47高强止裂钢板已应用在集装箱船的上甲板区域结构，特别是舱口围板结构，其厚度可达50mm-100mm。EH47止裂钢板属于船舶用钢中的高尖端产品，一般要求EH47高强止裂钢板焊接接头的抗拉强度应与母材相当，-40℃低温冲击韧性不低于75J，焊接工艺、焊材等级要求极高，施工难度大。为防止EH47高强止裂钢板焊接时焊接接头脆化，获得良好的断裂韧性，使焊接接头的力学性能能够满足高标准的设计要求，除了要选择具备优良韧性的焊接材料外，焊接过程中还应合理控制焊接热输入，才能保证焊接接头具备良好的断裂韧性。从焊接工艺的角度来看，降低焊接热输入是改善热影响区韧性的有效方法之一。目前船厂焊接EH47高强止裂钢板时一般采用气保焊和单丝埋弧焊，且严格控制焊接热输入不超过30kJ/cm，焊接热输入比较小，不会使熔池过热而导致奥氏体晶粒严重长，避免出现粗晶脆化现象，但焊接生产效率较低，增加建造成本。在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30％-40％，焊接成本约占船体建造成本的30％-50％。随着船舶工业生产的不断发展，市场竞争日趋激烈，各造船厂家为增强市场竞争力，降低生产成本，提高企业经济效益，越来越强烈地要求缩短造船周期，提高生产效率和自动化程度。双丝埋弧焊由于能够有效提高焊接效率、缩短制造周期，降低生产成本，因此得到了广泛应用。

但是常规的双丝埋弧焊焊接热输入较大，大规格、高强度钢板承受大热输入焊接后，高温停留时间延长、相变冷却速率减慢，焊缝金属组织出现晶粒粗大的先共析铁素体组织，从而降低焊缝韧性；焊接粗晶热影响区(CGHAZ)奥氏体晶粒急剧长大，容易形成粗大贝氏体以及岛状马氏体，使CGHAZ韧性严重恶化，同时一些难熔质点如氮化物和碳化物等溶解后在冷却过程中无法及时析出，导致焊接接头性能急剧恶化，上述情况往往是造成集装箱船船体结构产生断裂、诱发灾难性事故的根源。因此，常规的双丝埋弧焊在韧性要求比较高的服役条件下有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是为解决上述存在的问题和不足，提供一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺：针对EH47高强止裂钢板特定的成分范围和技术条件，前丝采用细焊丝、后丝采用粗焊丝的高效双丝埋弧焊接工艺及匹配的焊接材料来焊接EH47高强止裂钢板，充分利用细焊丝电弧能量集中、电流密度大的特点，提高焊丝的熔敷效率，焊接时使焊接接头获得较大的熔深，在保证双丝埋弧焊高效率的同时，降低熔池过热程度，减少母材热传导的热量比例，减小熔合比，从而降低双丝埋弧焊的热输入，提高热影响区的韧性，实现双丝埋弧焊低热输入化的高效焊接。为实现上述目的，本发明提供了一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，包括以下步骤：

(1)选用EH47高强止裂钢板，其厚度为50mm-100mm，并与相同板厚的EH47高强止裂钢板组合对接；

(2)坡口选择：采用X型坡口焊接，为了施焊时控制焊缝成形及焊接变形，坡口呈不对称设置，如图1所示，上坡口角度α为55°±5°，下坡口角度β为65°±5°，上坡口深h₁为板厚t的2/3，坡口钝边l₁为3-6mm，间隙l₂为0-3mm；

(3)焊接方法：采用双丝埋弧焊，前丝采用直流反接，丝径为Ф2.4mm，垂直于EH47高强止裂钢板表面；后丝采用交流，丝径为Ф4.0mm，后丝与前丝的夹角为10°-15°，焊丝间距为25-35mm；

(4)焊接材料准备：匹配的埋弧焊丝及焊剂满足AWS A5.23 F8A4-EG的标准要求，焊剂使用前300℃-350℃烘焙2小时；

(5)焊接要求：前丝与后丝焊接热输入之和为20-35kJ/cm，连续焊接，焊接速度为65-80cm/min；环境温度低于10℃时钢板焊前预热60℃-80℃，环境温度高于10℃不需要预热；层间温度不高于250℃。

进一步，一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，选用的EH47高强止裂钢板碳含量小于0.10wt％，冷裂纹敏感指数Pcm≤0.21％。

进一步，一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，选用的埋弧焊丝的化学组分按照重量百分比计包括：C：0.05-0.10％，Mn：1.5-1.7％，Si：0.15-0.30％，Mo：0.30-0.40％，Ni：0.5-0.8％，Cu≤0.35％，S≤0.005％，P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；焊剂的化学组分按照重量百分比计包括：CaO+MgO：35-48％，Al₂O₃+MnO：15-20％，SiO₂+TiO₂：10-25％，CaF₂：20-30％，焊剂含水量<0.1％，杂质含量<0.1％，粒度为10-60目，碱度2.7-2.9。

进一步，一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，焊接时，前丝焊接电流400A-580A，电弧电压24V-28V，后丝焊接电流520A-620A，电弧电压31V-34V。

进一步，一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，选用埋弧焊丝和焊剂焊接后得到的熔敷金属的力学性能为：屈服强度Rp_0.2≥470MPa，抗拉强度Rm：550-700MPa，延伸率A≥20％，-40℃冲击功KV2≥75J。

与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

本发明公开的一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，实现了EH47高强止裂钢板低热输入的高效焊接，在实施过程中，可以达到焊接接头力学性能优良和焊接效率较高二者兼顾的效果，实用性强、焊接操作简便、高效节能，适用于船舶制造厂商建造推广应用。

与现有的单粗丝埋弧焊相比，本发明公开的焊接工艺采用双弧焊接技术，由于焊接热循环的改善，降低熔池过热程度，减少母材热传导的热量比例，减小熔合比，从而改善了焊缝金属的微观组织，增多了针状铁素体含量，提高了接头的强韧性。

与现有的双粗丝埋弧焊相比，本发明公开的焊接工艺采由于前丝采用较细的焊丝，焊接时通过焊丝截面的电流密度大，电弧也更加集中，提高焊丝的熔敷效率，在较低的焊接热输入条件下使焊接接头获得较大的熔深，在保证双丝埋弧焊高效率的同时，焊接接头具有优良的接头综合性能，实现了焊接质量与效率的最优化。

与现有焊接工艺相比，本发明公开的焊接工艺采能够保证焊接接头抗拉强度大于550MPa，-40℃冲击韧性大于75J的高标准设计要求，焊接接头具有优良的接头综合力学性能，焊缝及焊接热影响区具有优良的低温冲击韧性，接头具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度，同时满足现代造船业焊接高效率、自动化的要求，提高船舶建造效率，降低焊接生产成本。

附图说明

图1为焊接坡口设计图；其中，t为板厚，h₁为上坡口深度，l₁为坡口钝边长度，l₂为坡口间隙，β为下坡口角度，α为上坡口角度。

具体实施方式

实施例1：

(1)采用EH47高强止裂钢板，与相同板厚的EH47高强止裂钢板组合对接，板厚组合为50mm+50mm。试板尺寸为1000mm×400mm×50mm；钢板的碳含量小于0.10％，冷裂纹敏感指数Pcm≤0.21％；

(2)坡口采用X型坡口，如附图1所示，上坡口角度α为50°，下坡口角度β为60°，上坡口深度h₁为20mm，坡口钝边l₁为3-4mm，坡口间隙l₂为3mm；

(3)前丝采用直流反接，丝径为Ф2.4mm，垂直于试板表面；后丝采用交流，丝径为Ф4.0mm，与前丝的夹角为10°，焊丝间距为25mm；

(4)采用的埋弧焊丝化学成分组分及重量百分比为：C：0.05-0.10％，Mn：1.5-1.7％，Si：0.15-0.30％，Mo：0.30-0.40％，Ni：0.5-0.8％，Cu≤0.35％，S≤0.005％，P≤0.015％；焊剂的化学成分组分级重量百分比为：CaO+MgO：35-48％，Al₂O₃+MnO：15-20％，SiO₂+TiO₂:10-25％，CaF₂：20-30％，焊剂含水量<0.1％，杂质含量<0.1％，粒度为10-60目，碱度2.7-2.9。熔敷金属的力学性能为：屈服强度Rp_0。2≥470MPa，抗拉强度Rm：550-700MPa，延伸率A≥20％，-40℃冲击功≥75J。

(5)前丝焊接电流400A-440A，电弧电压24V-25V，后丝焊接电流520A-560A，电弧电压31V-32V，焊接速度80cm/min，前丝与后丝焊接热输入之和为20-22kJ/cm，连续焊接；焊前不预热；层间温度不高于250℃。

经对采用上述焊接方法焊接EH47高强止裂钢板对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：592MPa，断裂位置：焊缝金属；焊接接头焊缝金属-40℃冲击功平均值KV2：151J，熔合线处-40℃冲击功平均值KV2：176J，热影响区熔合线外2mm、熔合线外5mm、熔合线外20mm处-40℃冲击功平均值KV2分别为：219J，232J、271J。焊接接头宏观金相评价显示焊接接头熔合情况良好，无裂纹、未熔合、未焊透等焊接缺陷。

实施例2：

(1)采用EH47高强止裂钢板，与相同板厚的EH47高强止裂钢板组合对接，板厚组合为100mm+100mm。试板尺寸为1000mm×400mm×100mm；钢板的碳含量小于0.10％，冷裂纹敏感指数Pcm≤0.21％。

(2)坡口采用X型坡口，如附图1所示，上坡口角度α为60°，下坡口角度β为70°，上坡口深度h₁为60mm，钝边l₁为4-6mm，坡口间隙l₂为0mm；

(3)采用双丝埋弧焊工艺，前丝采用直流反接，丝径为Ф2.4mm，垂直于试板表面；后丝采用交流，丝径为Ф4.0mm，与前丝的夹角为15°，焊丝间距为35mm；

(4)采用的埋弧焊丝及焊剂。埋弧焊丝其化学成分组分及重量百分比为：C：0.05-0.10％，Mn：1.5-1.7％，Si：0.15-0.30％，Mo：0.30-0.40％，Ni：0.5-0.8％，Cu≤0.35％，S≤0.005％，P≤0.015％。焊剂的化学成分组分级重量百分比为：CaO+MgO：35-48％，Al₂O₃+MnO：15-20％，SiO₂+TiO₂:10-25％，CaF₂：20-30％，焊剂含水量<0.1％，杂质含量<0.1％，粒度为10-60目，碱度2.7-2.9。熔敷金属的力学性能为：屈服强度Rp0.2≥470MPa，抗拉强度Rm：550-700MPa，延伸率A≥20％，-40℃冲击功≥75J。

(5)前丝焊接电流540A-580A，电弧电压26V-28V，后丝焊接电流580A-620A，电弧电压33V-34V，焊接速度65cm/min，前丝与后丝焊接热输入之和为32-35kJ/cm，连续焊接；焊前不预热；层间温度不高于250℃。

经对采用上述焊接方法焊接EH47高强止裂钢对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：588MPa，断裂位置：焊缝金属；焊接接头焊缝金属-40℃冲击功平均值KV2：135J，熔合线处-40℃冲击功平均值KV2：161J，热影响区熔合线外2mm、熔合线外5mm、熔合线外20mm处-40℃冲击功平均值KV2分别为：188J、211J、259J。焊接接头宏观金相评价显示焊接接头熔合情况良好，无裂纹、未熔合、未焊透等焊接缺陷。

由上述实施例可知，本发明采用了双丝埋弧焊接工艺来焊接EH47高强止裂钢板，充分利用细焊丝电弧能量集中、电流密度大的特点，提高焊丝的熔敷效率，焊接时使焊接接头获得较大的熔深，在保证双丝埋弧焊高效率的同时，降低熔池过热程度，减少母材热传导的热量比例，减小熔合比，从而降低双丝埋弧焊的热输入，提高热影响区的韧性，实现双丝埋弧焊低热输入化的高效焊接，得到了焊接接头强度高，无裂纹、未熔合、未焊透等焊接缺陷的良好焊接效果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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者等同替换，而不脱离本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

1.一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：

(1)钢板选择：选用EH47高强止裂钢板，与相同板厚的EH47高强止裂钢板组合对接；

(2)坡口选择：采用X型坡口焊接，坡口呈不对称设置，上坡口角度α为55°±5°，下坡口角度β为65°±5，上坡口深度h₁为板厚t的2/3，坡口钝边l₁为3-6mm，坡口间隙l₂为0-3mm；

(3)焊接方法：采用双丝埋弧焊，前丝采用直流反接，丝径为Ф2.4mm，前丝垂直于钢板表面；后丝采用交流，丝径为Ф4.0mm，与前丝的夹角为10°-15°，前丝与后丝间距为25-35mm；

(4)焊接材料准备：匹配的焊丝及焊剂满足AWS A5.23F8A4-EG的标准要求，焊剂使用前300℃-350℃烘焙2-2.5小时；

(5)焊接要求：前丝与后丝焊接热输入之和为20-35kJ/cm，连续焊接，焊接速度为65-80cm/min；环境温度低于10℃时焊前钢板预热60℃-80℃，环境温度高于10℃不需要预热；层间温度不高于250℃。

2.根据权利要求1所述一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：所述EH47高强止裂钢板，其碳含量小于0.10wt％，冷裂纹敏感指数Pcm≤0.21％，钢板厚度为50-100mm。

3.根据权利要求1所述的一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：所述埋弧焊丝的化学组分按照重量百分比计包括：C：0.05-0.10％，Mn：1.5-1.7％，Si：0.15-0.30％，Mo：0.30-0.40％，Ni：0.5-0.8％，Cu≤0.35％，S≤0.005％，P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；焊剂的化学组分按照重量百分比计包括：CaO+MgO：35-48％，Al₂O₃+MnO：15-20％，SiO₂+TiO₂：10-25％，CaF₂：20-30％，焊剂含水量<0.1％，杂质含量<0.1％，粒度为10-60目，碱度2.7-2.9。

4.根据权利要求1所述的一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：所述前丝焊接电流400A-580A，电弧电压24V-28V，后丝焊接电流520A-620A，电弧电压31V-34V。

5.根据权利要求1或3所述的一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：所述埋弧焊丝及焊剂组合焊接后得到的熔敷金属的力学性能为：屈服强度Rp_0.2≥470MPa，抗拉强度Rm：550-700MPa，延伸率A≥20％，-40℃冲击功KV2≥75J。