CN110560849B - 一种eh36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺 - Google Patents

一种eh36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，包括以下步骤：在焊接板材为EH36高强度钢厚板的焊接处加工V型焊接坡口；通过半自动式CO2气体保护焊在V型焊接坡口处完成定位焊；在V型焊接坡口的背面粘贴软衬垫，其中软衬垫的中心正对V型焊接坡口的中心；选择满足LR船级社规范3YA等级的实芯焊丝、铁粉、焊剂作为焊接材料，焊接前在V型焊接坡口内预先填充厚度22‑23mm的铁粉，再采用焊接电流930‑970A、焊接电压35‑37V、焊接速度20‑25cm/min的参数进行打底焊道焊接；完成打底焊道焊接后，再更换LR船级社规范3YM等级的实芯焊丝、焊剂进行填充和盖面的多道焊接。本发明能够在EH36高强度钢厚板上实施软衬垫单面埋弧焊，实现EH36高强度钢厚板单面焊双面成形。

Description

一种EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺
技术领域
本发明涉及埋弧焊接工艺，具体涉及一种EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺。
背景技术
随着海洋船舶、平台装备的服役环境越来越恶劣，如地低温环境、海浪冲击、碰撞等，对海洋船舶和平台外板局部承力或受碰撞区域的强度要求和冲击韧性提出了更高的要求。EH36是一种屈服强度级别大于等于355MPa的高强度船体结构用钢，具有良好的低温冲击韧性，应用于海洋船舶和平台建造项目，可提高设备的抗击能力和安全性能。
在EH36钢材拼板焊接中，采用常规埋弧焊工艺施焊时，通常对正面坡口焊接完成后对工件进行翻身、气刨清根，再进行坡口背面的焊接，焊接过程翻身、清根造成的时间消耗较为严重，阻碍了生产效率的提高，而且不能应用于背面不便施焊的焊接构件。
软衬垫单面埋弧焊能够实现单面焊双面成形焊接，可以避免了工件翻身、背面清根和焊接等工序，然而软衬垫单面埋弧焊为大热输入的焊接技术，热输入量高达100kJ/cm，通常只能适用于强度和韧性低于DH36的钢材。对于EH36钢材而言，其埋弧焊后的焊接接头需要满足-20℃低温下平均冲击功≥34J的船级社规范要求；然而，目前在EH36高强度钢厚板上进行软衬垫单面埋弧焊工艺的焊接接头冲击韧性难以满足船级社规范规定的温度-20℃下冲击韧性要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，能够在EH36高强度钢厚板上实施软衬垫单面埋弧焊，实现EH36高强度钢厚板单面焊双面成形，以适用背面不便施焊的焊接工件，避免了工件翻身、背面清根和焊接等工序，提高了焊接生产效率。
本发明的技术方案是这样实现的：一种EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，包括以下步骤：
步骤1，在焊接板材为EH36高强度钢厚板的焊接处加工V型焊接坡口，其中V型焊接坡口的相应参数分别为：坡口的角度为47°-53°，坡口间隙0-3mm；加工好后，对V型焊接坡口面及V型焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；
步骤2，通过半自动式CO2气体保护焊在V型焊接坡口处完成定位焊，其中：定位焊缝厚度5-8mm，定位焊缝长度为50-60mm，焊缝间距为300-400mm；定位焊完成后，清理定位焊缝的表面焊渣，并检查定位焊缝表面，以保证其表面无焊接缺陷；
步骤4，在V型焊接坡口的背面粘贴软衬垫，其中软衬垫的中心正对V型焊接坡口的中心；
步骤5，选择满足LR船级社规范3YA等级的实芯焊丝、铁粉、焊剂作为焊接材料，焊接前在V型焊接坡口内预先填充厚度22-23mm的铁粉，再采用焊接电流930-970A、焊接电压35-37V、焊接速度20-25cm/min的参数进行打底焊道焊接，其中打底焊道的厚度为24-25mm，所采用的实芯焊丝的直径规格为4.8mm；
步骤6，完成打底焊道焊接后，再采用满足LR船级社规范3YM等级的实芯焊丝、焊剂进行填充和盖面的多道焊接；其中，所用焊丝直径为5.0mm，焊接电流为700-750A，焊接电压为32-33V，焊接速度为45-55cm/min。
进一步的，还包括以下步骤：
步骤3，通过半自动式CO2气体保护焊的方式在V型焊接坡口的两端分别焊接引弧板和熄弧板；其中，引弧板、熄弧板与焊接板材的材质、厚度、坡口尺寸相同；
步骤7，切除焊缝两端的引弧板和熄弧板。
进一步的，步骤5及步骤6中，焊接过程中道间温度保持在165℃-230℃之间，每道焊缝焊接结束后进行清渣。
进一步的，步骤2中，进行定位焊时所采用的定位焊材料为对应AWS A5.20标准中E71T-1CJ型号的现代Supercored 71H药芯焊丝。
进一步的，步骤5中，所采用的实芯焊丝、铁粉、焊剂的型号分别为现代H-14实芯焊丝、现代IRN铁粉、现代S-705HF焊剂，其中实芯焊丝的直径为4.8mm。
进一步的，步骤6中，进行填充和盖面焊接时所采用的实芯焊丝为大西洋CHW-S3实芯焊丝、焊剂为大西洋CHF101焊剂。
进一步的，所进行的焊道焊接为10-14道。
进一步的，EH36高强度钢厚板的厚度为38～40mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用了软衬垫单面埋弧焊，背面焊缝借助软衬垫辅助成形，能够确保背面焊缝成形质量，实现了EH36高强度钢厚板埋弧焊的单面焊双面成形的效果。本发明通过严格进行焊前准备工作、控制坡口参数、选择合适的焊接材料组合、选择合适的焊接工艺参数以控制焊接热输入量，以确保EH36厚板焊接接头的力学性能能够满足船级社规范要求，适用于背面不便施焊的焊接工件，避免了工件翻身、背面清根和焊接等工序，提高了焊接生产效率。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为EH36高强度钢厚板的正面结构示意图；
图2为EH36高强度钢厚板的焊接坡口的结构示意图；
图3为在EH36高强度钢厚板的焊接坡口进行打底焊道焊接时的结构示意图；
图4为在EH36高强度钢厚板的焊接坡口进行多道焊接时的焊道示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1～图4，本发明实施方式公开了一种EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，具体应用于厚度为38～40mm的EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊，尤其是40mm的EH36高强度钢厚板，包括以下步骤：
步骤1，如图1所示，在焊接板材为EH36高强度钢厚板的焊接处加工V型焊接坡口，V型焊接坡口如图2所示；其中V型焊接坡口的相应参数分别为：坡口的角度为47°-53°，坡口间隙0-3mm；加工好后，对V型焊接坡口面及V型焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；
其中，V型焊接坡口面及V型焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质，包括铁锈、水分、油污或其他杂质等，其中，氧化层、铁锈的杂质可以采用机械打磨方式清理，水分、油污的杂质可以采用火焰烘烤去除。氧化层及杂质的清理，有利于防止在焊接过程中，V型焊接坡口附近的杂质进入焊缝中，进而容易产生裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷；
本发明实施方式中的焊接板材为EH36，采用软衬垫单面埋弧焊实施打底焊道焊接，再采用常规埋弧焊实施填充和盖面焊道焊接，实现单面焊双面成形。通过采用V型焊接坡口，配合软衬垫对打底焊道实施软衬垫单面埋弧焊，可确保背面焊缝成形质量。另外，坡口角度采用47°-53°，焊接时有利于熔融金属进入焊接坡口并在软衬垫辅助作用下成型，从而确保背面焊缝成形效果。若坡口角度小于47°，容易削弱焊接电弧对坡口根部的熔透能力，形成未焊透焊接缺陷，从而影响焊接质量；而若坡口角度大于53°，不仅需要增加焊接材料的消耗，而且需要增加焊接热输入量，熔融金属容易从软衬垫与钢板件的间隙流出，发生烧穿现象。
步骤2，通过半自动式CO2气体保护焊在V型焊接坡口处完成定位焊，其中：定位焊缝厚度5-8mm，定位焊缝长度为50-60mm，焊缝间距为300-400mm；定位焊完成后，清理定位焊缝的表面焊渣，并检查定位焊缝表面，以保证其表面无焊接缺陷；
其中，具体的，步骤2中，进行定位焊时所采用的定位焊材料为对应AWS A5.20标准中E71T-1CJ型号的现代Supercored 71H药芯焊丝，提高定位焊缝的抗裂性。
由于焊接过程有焊接变形，如果定位焊缝过短则提供不了足够的拘束力作用，导致定位焊缝容易开裂；而定位焊缝过长，则影响钢板装配效率。同样的，焊缝间距过长，同样提供不了足够的焊接应力；而焊接间距过短时，定位焊增加，同样影响钢板装配效率。本发明实施方式中，经过实践标明：当定位焊缝长为50-60mm且焊缝间距为300-400mm时效果较佳，提供了足够的拘束力作用，使定位焊缝不容易开裂，而且利于单面焊双面成形。
而定位焊缝厚度控制在5-8mm之间，可确保装配的可靠性，同时利于焊缝背面成形，若定位焊缝厚度小于5mm，则定位焊缝也提供不了足够的拘束力作用而容易出现开裂现象；若定位焊缝厚度大于8mm，则定位焊缝容易影响到焊接电弧的熔透能力，焊接后定位焊缝位置容易出现未焊透焊接缺陷，影响焊缝背面成形质量。
步骤3，通过半自动式CO2气体保护焊的方式在V型焊接坡口的两端分别焊接引弧板和熄弧板；其中，引弧板、熄弧板与焊接板材的材质、厚度、坡口尺寸相同；
其中，引弧板、熄弧板的长可为200mm，宽为200mm，并且引弧板、熄弧板也均为EH36高强度钢厚板，其厚度、坡口尺寸均与本发明实施方式中的焊接板材相同，能够有效保证正式焊缝焊接过程的稳定性，避免在正式焊缝始端和终端形成焊接缺陷。
步骤4，在V型焊接坡口的背面粘贴软衬垫，其中软衬垫的中心正对V型焊接坡口的中心；
其中，软衬垫为柔性陶瓷衬垫，在安装或粘贴时，需要确保衬垫中心对中坡口中心，同时确保衬垫与钢板、衬垫与衬垫间能够紧密贴合，以避免焊接过程中熔融金属从间隙流出，发生烧穿现象。其中，柔性陶瓷衬垫为天高的TG1.80Z(FAB)。
步骤5，选择满足LR船级社规范3YA等级的实芯焊丝、铁粉、焊剂作为焊接材料，焊接前在V型焊接坡口内预先填充厚度22-23mm的铁粉，再采用焊接电流930-970A、焊接电压35-37V、焊接速度20-25cm/min的参数进行打底焊道焊接，具体可参阅图3，其中打底焊道的厚度为24-25mm，所采用的实芯焊丝的直径为4.8mm；
LR船级社规范，规定了入级LR船级社的船舶所涉及的金属材料、焊接材料、焊接工艺评定、焊接生产等要求，本实施例的焊接工艺评定试验主要参照该规范实施。本发明实施方式中，所用到的实芯焊丝、铁粉、焊剂的焊接性能需要符合LR船级社规范中关于3YA等级的相关规定。
本发明实施方式中，采用满足LR船级社规范3YA等级的实芯焊丝、铁粉、焊剂作为焊接材料进行打底焊道的焊接，其中匹配焊接电流为930-970A，焊接电压为35-37V，焊接速度为20-25cm/min，能够在V型焊接坡口进行软衬垫单面埋弧焊工艺，使打底焊道的熔融金属能够进入V型焊接坡口的背面，并在软衬垫的辅助作用下成形，实现单面焊双面成形。
具体的，步骤5中，所采用的实芯焊丝、铁粉、焊剂的型号分别为现代H-14实芯焊丝、现代IRN铁粉、现代S-705HF焊剂，其中实芯焊丝的直径规格为4.8mm。所焊的打底焊道成形良好，力学性能优越。
步骤6，完成打底焊道焊接后，再采用满足LR船级社规范3YM等级的实芯焊丝、焊剂进行填充和盖面的多道焊接，具体参阅图4；其中，焊接电流为700-750A，焊接电压为32-33V，焊接速度为45-55cm/min；
打底焊道之后的填充和盖面焊道采用较小厚度、较小宽度的多道焊实施，焊接过程为小规范焊接，避免多道焊的焊接热恶化打底焊道性能。其中，填充焊道焊接电流为700-750A、焊接电压为32-33V、焊接速度为45-55cm/min，可确保焊接接头的冲击韧性满足船级社规范规定的温度-20℃下冲击韧性要求，保证接头力学性能。
具体的，步骤6中，进行填充和盖面焊接时所采用的实芯焊丝为直径5.0mm的大西洋CHW-S3实芯焊丝、焊剂为大西洋CHF101焊剂，所焊接出的填充和盖面焊道成形和力学性能均较好。
步骤7，切除焊缝两端的引弧板和熄弧板。
本发明实施方式中，具体的，在焊接过程中，道间温度保持在165℃-230℃之间，每道焊缝焊接结束后进行清渣，以保证焊接质量。道间温度若高于230℃，焊接接头受热严重，会直接影响其力学性能，造成强度降低、韧性降低。而道间温度在165℃-230℃之间，属于试验记录的温度区间，数据较为准确。
进一步的，本发明实施方式中，所进行的焊道焊接为10-14道，具体参阅图4。由于打底焊道焊接填充量较大，减少了焊道道数，在一定程度上可以增加焊接效率。
本发明实施方式中，对软衬垫单面埋弧焊的焊接接头进行无损检测和力学性能测试试验，具体的，是对焊接接头表面进行磁粉检测，并通过超声波检测焊缝内部质量是否合格，同时检测其焊接接头抗拉强度、焊接接头弯曲性能、焊接接头冲击韧性。
经过检测，当EH36高强度钢厚板的厚度为40mm时，下面对本发明实施例焊接后的焊接接头进行焊接工艺评定测试，其焊接接头抗拉强度检测结果、焊接接头弯曲试验检测结果、焊接接头冲击韧性检测结果分别如下所示：
焊接接头拉抗拉强度检测结果
试样编号 抗拉强度(MPa) 断裂位置
1-1 521 焊缝
1-2 524 焊缝
焊接接头弯曲试验检测结果
Figure BDA0002192463060000071
焊接接头冲击韧性检测结果
Figure BDA0002192463060000072
其中，上述表格中，WM表示焊缝中心位置，FL表示熔合线位置，FL+2表示距离熔合线2mm的热影响区位置，FL+5表示距离熔合线5mm的热影响区位置；面部为距离试样表面2mm处，根部为距离试样背面2mm处。
LR船级社规范的焊接接头力学性能要求：接头抗拉强度≥490MPa，弯曲试样在弯芯直径4a(a为弯曲试样的试样厚度)下弯曲180°后弯曲试样表面的开口缺陷长度≤3mm或没有开口缺陷，冲击温度-20℃下接头各区域平均冲击功≥34J。而经过测试，从以上测试表格可以看出，本发明实施方式中的焊接接头力学性能符合以上要求，满足LR船级社规范要求，焊接工艺评定获得LR船级社认可。
通过本发明方法，可以在厚度为38mm～40mm的EH36高强度钢厚板上进行软衬垫单面埋弧焊，以实现单面焊双面成形确保焊缝背面成形，避免了工件翻身、背面清根和焊接等工序。而且，常规埋弧焊配合X型坡口通常需要焊接16-20道才能对焊接坡口进行填充和盖面，而采用本发明方法，只需要焊接10-14道焊缝，具体参阅图4，减少了焊接工作量，提高了焊接效率，同时能够确保焊接质量，确保焊接接头-20℃下的低温冲击韧性。
本发明采用了软衬垫单面埋弧焊，背面焊缝借助软衬垫辅助成形，能够确保背面焊缝成形质量，实现了EH36高强度钢厚板埋弧焊的单面焊双面成形的效果。本发明通过严格进行焊前准备工作、控制坡口参数、选择合适的焊接材料组合、选择合适的焊接工艺参数以控制焊接热输入量，以确保EH36厚板焊接接头的力学性能能够满足船级社规范要求，适用于背面不便施焊的焊接工件，避免了工件翻身、背面清根和焊接等工序，提高了焊接生产效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在焊接板材为EH36高强度钢厚板的焊接处加工V型焊接坡口，其中EH36高强度钢厚板的厚度为38-40mm；V型焊接坡口的相应参数分别为：坡口的角度为47°-53°，坡口间隙0-3mm；加工好后，对V型焊接坡口面及V型焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；
步骤2，通过半自动式CO2气体保护焊在V型焊接坡口处完成定位焊，其中：定位焊缝厚度5-8mm，定位焊缝长度为50-60mm，焊缝间距为300-400mm；定位焊完成后，清理定位焊缝的表面焊渣，并检查定位焊缝表面，以保证其表面无焊接缺陷；
步骤4，在V型焊接坡口的背面粘贴软衬垫，其中软衬垫的中心正对V型焊接坡口的中心；
步骤5，选择满足LR船级社规范3YA等级的实芯焊丝、铁粉、焊剂作为焊接材料，焊接前在V型焊接坡口内预先填充厚度22-23mm的铁粉，再采用焊接电流930-970A、焊接电压35-37V、焊接速度20-25cm/min的参数进行打底焊道焊接，其中打底焊道的厚度为24-25mm，所采用的实芯焊丝的直径为4.8mm；
步骤6，完成打底焊道焊接后，再采用满足LR船级社规范3YM等级的实芯焊丝、焊剂进行填充和盖面的多道焊接；其中，所用焊丝直径为5.0mm，焊接电流为700-750A，焊接电压为32-33V，焊接速度为45-55cm/min。
2.如权利要求1所述EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤3，通过半自动式CO2气体保护焊的方式在V型焊接坡口的两端分别焊接引弧板和熄弧板；其中，引弧板、熄弧板与焊接板材的材质、厚度、坡口尺寸相同；
步骤7，切除焊缝两端的引弧板和熄弧板。
3.如权利要求1所述EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，其特征在于，步骤5及步骤6中，焊接过程中道间温度保持在165℃-230℃之间，每道焊缝焊接结束后进行清渣。
4.如权利要求1所述EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，其特征在于，步骤2中，进行定位焊时所采用的定位焊材料为对应AWS A5.20标准中E71T-1CJ型号的现代Supercored 71H药芯焊丝。
5.如权利要求1所述EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，其特征在于，步骤5中，所采用的实芯焊丝、铁粉、焊剂的牌号分别为现代H-14实芯焊丝、现代IRN铁粉、现代S-705HF焊剂，其中实芯焊丝的直径规格为4.8mm。
6.如权利要求5所述EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，其特征在于，步骤6中，进行填充和盖面焊接时所采用的实芯焊丝为大西洋CHW-S3实芯焊丝、焊剂为大西洋CHF101焊剂。
7.如权利要求1所述EH36高强度钢厚板的软衬垫单面埋弧焊工艺，其特征在于，所进行的焊道焊接为10-14道。
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