CN111761180A - 一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺 - Google Patents

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吴正峰
田小林
陈天怡
陈卫东
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Abstract

本发明涉及一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺，其特征在于：具体焊接工艺如下：S1：焊前准备；S2：焊前预热；S3：手工打底焊；S4：埋弧焊填充、盖面；S5：后热处理；S6：打磨清理；本发明中由于690高强度钢厚板具有较大的淬硬倾向，采用预热温度不低于150℃的，可防止焊接冷裂纹的产生；焊后进行后热处理并保温，可以保证焊接接头的良好性能以及合理的组织分布；焊条手工电弧焊打底，埋弧焊填充、盖面的组合焊焊接工艺可以有效解决海工平台桩腿焊接间隙大的情况。

Description

一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺。
背景技术
随着海洋平台的发展，屈服强度690MPa的高强度钢EH690材料在海工平台的桩腿上的使用越来越广泛，材料的厚度也随之增长。目前海工平台上，EH690强度级别的钢板为了确保良好的机械性能和焊接质量，常用的焊接方法有焊条手工电弧焊和埋弧焊。但是，在实际生产中桩腿的对接缝间隙较大，往往达不到埋弧焊焊接的使用要求，单一的使用焊条手工焊或者埋弧焊都不利于生产；为此将焊条手工焊与埋弧焊两种焊接方法组合使用，这就有了组合焊焊接工艺。既能解决实际生产问题，又能使得EH690高强度钢焊接接头性能符合技术要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺，能够解决对接缝组队间隙较大，单一使用焊条手工焊焊接成本高，生产效率下降的问题和单一使用埋弧焊焊接，由于间隙大，不符合埋弧焊使用基本要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺，所述690级别高强钢化学成分包括以下成分：C含量0.13%，Mn含量1.03%，P含量0.019%，S含量0.0016%，Si含量0.27%，Ni含量0.1%，Cr含量0.26%，Al含量0.028%，Nb含量0.021，V含量0.047，Mo含量0.26%，Ti含量0.015%，Cu含量0.02%，B含量0.013%；所述高强钢力学性能参数为：屈服强度775MPa，抗拉强度832MP，延伸率19%，-40℃冲击功121J；其创新点在于：具体焊接工艺如下：
S1：焊前准备：将焊接衔接处正反两面均加工呈V型坡口；且衔接处的坡口角度之和为56°-65°；将坡口内外表面 20mm 范围内杂物清除干净，露出金属光泽；
S2：焊前预热：采用电加热方式进行预热处理，并严格控制预热温度为150-200℃；
S3：手工打底焊：采用焊条直径3.2mm，焊接电流114A，焊接电压25V，焊接速度103mm/min，极性为直流反接；手工打底焊的焊接层数为两层，且厚度在6mm-8mm；
S4：埋弧焊填充、盖面：填充时，埋弧焊焊丝直径4.0mm，焊接电流582A，焊接电压30V，焊接速度419mm/min，极性为直流反接；盖面时，埋弧焊焊丝直径4.0mm，焊接电流582A，焊接电压30V，焊接速度423mm/min，极性为直流反接；
S5：后热处理：焊后进行后热处理，后热处理要求温度为280±20℃×2H，后热处理完成后用保温棉覆盖缓冷至室温；
S6：打磨清理：对焊接好的位置进行打磨处理，并检查清除疤痕，同时进行PT检查，消除表面缺陷。
进一步的，所述手工打底焊的焊条化学成分包括以下成分：C含量0.04%，Mn含量1.41%，P含量0.011%，S含量0.002%，Si含量0.44%，Ni含量4.54%，Mo含量0.52%；所述焊条的力学性能参数为：屈服强度848MPa，抗拉强度896MP，延伸率23%，-80℃冲击功72J。
进一步的，所述埋弧焊焊丝化学成分包括以下成分：C含量0.11%，Mn含量2.04%，P含量0.004%，S含量0.003%，Si含量0.13%，Ni含量2.65%，Mo含量0.74%；所述焊丝的力学性能参数为：屈服强度765MPa，抗拉强度860MP，延伸率21%，-60℃冲击功60J。
进一步的，所述S3：手工打底焊前，将焊接的衔接处留有3mm的间隙，并采用定位焊进行定位固定。
本发明的优点在于：
1）本发明中由于690高强度钢厚板具有较大的淬硬倾向，采用预热温度不低于150℃的，可防止焊接冷裂纹的产生；焊后进行后热处理并保温，可以保证焊接接头的良好性能以及合理的组织分布；焊条手工电弧焊打底，埋弧焊填充、盖面的组合焊焊接工艺可以有效解决海工平台桩腿焊接间隙大的情况。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种圆柱形桩腿690级高强度钢组合焊焊接工艺流程图。
图2为本发明的一种圆柱形桩腿690级高强度钢组合焊焊接工艺坡口图。
图3为本发明的一种圆柱形桩腿690级高强度钢组合焊焊接工艺的焊道填充层次图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示的一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺，所述690级别高强钢化学成分包括以下成分：C含量0.13%，Mn含量1.03%，P含量0.019%，S含量0.0016%，Si含量0.27%，Ni含量0.1%，Cr含量0.26%，Al含量0.028%，Nb含量0.021，V含量0.047，Mo含量0.26%，Ti含量0.015%，Cu含量0.02%，B含量0.013%；所述高强钢力学性能参数为：屈服强度775MPa，抗拉强度832MP，延伸率19%，-40℃冲击功121J；具体焊接工艺如下：
S1：焊前准备：将焊接衔接处正反两面均加工呈V型坡口；且衔接处的坡口角度之和为56°-65°；将坡口内外表面 20mm 范围内杂物清除干净，露出金属光泽；
S2：焊前预热：采用电加热方式进行预热处理，并严格控制预热温度为150-200℃；
S3：手工打底焊：手工打底焊前，将焊接的衔接处留有3mm的间隙，并采用定位焊进行定位固定；采用焊条直径3.2mm，焊接电流114A，焊接电压25V，焊接速度103mm/min，极性为直流反接；手工打底焊的焊接层数为两层，且厚度在6mm-8mm；手工打底焊的焊条化学成分包括以下成分：C含量0.04%，Mn含量1.41%，P含量0.011%，S含量0.002%，Si含量0.44%，Ni含量4.54%，Mo含量0.52%；所述焊条的力学性能参数为：屈服强度848MPa，抗拉强度896MP，延伸率23%，-80℃冲击功72J。
S4：埋弧焊填充、盖面：填充时，埋弧焊焊丝直径4.0mm，焊接电流582A，焊接电压30V，焊接速度419mm/min，极性为直流反接；盖面时，埋弧焊焊丝直径4.0mm，焊接电流582A，焊接电压30V，焊接速度423mm/min，极性为直流反接；埋弧焊焊丝化学成分包括以下成分：C含量0.11%，Mn含量2.04%，P含量0.004%，S含量0.003%，Si含量0.13%，Ni含量2.65%，Mo含量0.74%；所述焊丝的力学性能参数为：屈服强度765MPa，抗拉强度860MP，延伸率21%，-60℃冲击功60J。
S5：后热处理：焊后进行后热处理，后热处理要求温度为280±20℃×2H，后热处理完成后用保温棉覆盖缓冷至室温；
S6：打磨清理：对焊接好的位置进行打磨处理，并检查清除疤痕，同时进行PT检查，消除表面缺陷；表面进行磁粉检查，焊缝表面成形良好，无飞溅，无裂纹、气孔、咬边缺陷，UT探伤检查合格。
组合焊的焊接接头，其拉伸力学性能结果；弯曲试验结果；摆锤冲击试验结果如下表所示；弯曲试验可以测定材料承受弯曲载荷时的力学性能，采用63.5mm压头弯曲180°；在-40℃的环境下，通过摆锤冲击试验，分别测定焊缝及近焊缝区各个位置的冲击吸收值；
Figure 307751DEST_PATH_IMAGE001
经过试验检测，横向拉伸试验中焊缝的抗拉强度在780MPa以上，具有较高的强度，能够满足EH690高强度钢的强度要求。
弯曲试验结果中焊缝均无裂纹产生，表明焊缝具有良好的塑形，证明组合焊焊接工艺有效可行。
低温冲击试验中焊缝及近焊缝区的冲击吸收功满足要求。
对焊缝区域、熔合区、热影响区及母材区域进行硬度试验，试验结构如下表所示：
Figure 693733DEST_PATH_IMAGE002
。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺，所述690级别高强钢化学成分包括以下成分：C含量0.13%，Mn含量1.03%，P含量0.019%，S含量0.0016%，Si含量0.27%，Ni含量0.1%，Cr含量0.26%，Al含量0.028%，Nb含量0.021，V含量0.047，Mo含量0.26%，Ti含量0.015%，Cu含量0.02%，B含量0.013%；所述高强钢力学性能参数为：屈服强度775MPa，抗拉强度832MP，延伸率19%，-40℃冲击功121J；其特征在于：具体焊接工艺如下：
S1：焊前准备：将焊接衔接处正反两面均加工呈V型坡口；且衔接处的坡口角度之和为56°-65°；将坡口内外表面 20mm 范围内杂物清除干净，露出金属光泽；
S2：焊前预热：采用电加热方式进行预热处理，并严格控制预热温度为150-200℃；
S3：手工打底焊：采用焊条直径3.2mm，焊接电流114A，焊接电压25V，焊接速度103mm/min，极性为直流反接；手工打底焊的焊接层数为两层，且厚度在6mm-8mm；
S4：埋弧焊填充、盖面：填充时，埋弧焊焊丝直径4.0mm，焊接电流582A，焊接电压30V，焊接速度419mm/min，极性为直流反接；盖面时，埋弧焊焊丝直径4.0mm，焊接电流582A，焊接电压30V，焊接速度423mm/min，极性为直流反接；
S5：后热处理：焊后进行后热处理，后热处理要求温度为280±20℃×2H，后热处理完成后用保温棉覆盖缓冷至室温；
S6：打磨清理：对焊接好的位置进行打磨处理，并检查清除疤痕，同时进行PT检查，消除表面缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺，其特征在于：所述手工打底焊的焊条化学成分包括以下成分：C含量0.04%，Mn含量1.41%，P含量0.011%，S含量0.002%，Si含量0.44%，Ni含量4.54%，Mo含量0.52%；所述焊条的力学性能参数为：屈服强度848MPa，抗拉强度896MP，延伸率23%，-80℃冲击功72J。
3.根据权利要求1所述的一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺，其特征在于：所述埋弧焊焊丝化学成分包括以下成分：C含量0.11%，Mn含量2.04%，P含量0.004%，S含量0.003%，Si含量0.13%，Ni含量2.65%，Mo含量0.74%；所述焊丝的力学性能参数为：屈服强度765MPa，抗拉强度860MP，延伸率21%，-60℃冲击功60J。
4.根据权利要求1所述的一种圆柱形桩腿690级别高强钢组合焊焊接工艺，其特征在于：所述S3：手工打底焊前，将焊接的衔接处留有3mm的间隙，并采用定位焊进行定位固定。
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