CN112846464A - 一种低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，待焊钢板开K型坡口，单边角度45°，将钢板平整摆放于焊接平台上，焊前不预热；采用φ4mm的低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊丝；打底焊采用强制成型的焊接工艺，正面及背面的填充盖面采用相同焊接工艺，采用正面、背面交替焊接；焊接完成后，变形度控制在2°以下。本发明为低温用高锰奥氏体钢配套焊材的配套焊接工艺，保证配套焊材的稳定使用，保证配套焊材不因焊接工艺不匹配造成性能不合，为低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊材的焊接工艺填补了空白。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种低温用高锰奥氏体钢埋弧焊工艺。
背景技术
液化天然气（LNG）作为一种清洁、高效的能源，其产业发展受到各个国家的重视，然而其储存运输条件却十分苛刻，工作温度为-163℃。低温用高锰奥氏体钢作为能代替9Ni钢制作LNG储运装备的重要材料，已成为国内各大钢铁公司研发的重点产品。为了保证国内LNG市场不被韩国等国家抢占，低温用高锰奥氏体钢的配套焊材开发也在同步进行，目前已开发出包括埋弧焊焊丝、药芯焊丝、手工电焊条等在内的不同焊接方式下的配套焊材。然而，目前对于这些配套焊材的可焊性、焊接工艺等仍然处于空白阶段。
因此，掌握低温用高锰奥氏体钢配套焊材的焊接性、焊接工艺是加快低温用高锰奥氏体钢在国内推广的重要助力。
发明内容
为了更好地实现加快低温用高锰奥氏体钢及其配套焊材在国内推广的目的，填补国内低温用高锰钢焊接工艺的空白，本发明提出一种低温用高锰奥氏体钢高效埋弧焊接方法，焊接后焊缝成形良好，无焊缝缺陷，焊接接头力学性能良好，满足LNG罐使用标准。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤（1）焊前准备：
待焊钢板开K型坡口，单边角度45°，将待焊钢板平整摆放于焊接平台上，无需任何固定装置固定待焊试板，焊前不预热；
步骤（2）埋弧焊焊接：
采用φ4mm的低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊丝；打底焊采用强制成型的焊接工艺，即将K型坡口背面填满配套焊剂，并用衬垫贴紧，防止焊剂撒漏；K型坡口的正面和背面的填充盖面焊采用相同焊接工艺，焊接电流540A~560A，焊接电压31V~33V，焊接速度33~36cm/min，线能量控制在30kJ/cm；正面、背面交替焊接，正面焊接两道后进行背面焊接；背面焊接两道后再进行正面的盖面焊，最后进行背面的盖面焊；焊接完成后，变形度控制在2°以下。
本发明具有如下积极效果：
本发明针对低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊材的埋弧焊焊接领域，为低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊材的焊接工艺填补了空白；采用φ4.0mm焊丝，较常规φ3.2mm焊丝减少焊接道次，提高焊接熔敷效率，保证配套焊材的稳定使用，保证配套焊材不因焊接工艺不匹配造成性能不合，填补国内空白。
本发明提供焊接工艺坡口加工简单。无钝边设计防止在15kJ/cm线能量条件下出现打底焊未焊透现象；背面坡口填充配套焊剂并用衬垫密封，防止存在3mm间隙的情况下母材被焊穿。
本发明提供的焊接顺序免去增加强制固定件的工序，且焊后板形控制良好无需矫直。
本发明提供的焊材参数（焊接电流、电压，焊接速度）保证了焊接质量与焊缝成形，不会产生气孔等缺陷。同时，因为线能量和道间温度的控制，保证焊后力学性能符合要求。
本发明提供焊接工艺焊接接头的力学性能良好，达到LNG储罐用技术要求。
对本发明所形成的焊接接头进行力学性能测试，拉伸、弯曲、冲击按照国标取样和进行测试。打底焊接电流为340~360A，焊接电压为29V~30V，焊接速度为40cm/min~42cm/min；两边坡口焊接顺序按照正面、背面交替进行，填充、盖面焊焊接电流为540A~560A，焊接电压为31V~33V，焊接速度为33~36cm/min，最终测试焊接接头抗拉强度为710MPa。弯曲d=4a，180°无裂纹。-196℃时，焊缝金属冲击值平均为89J ；熔合线冲击值平均为74J；熔合线线外1mm处冲击值平均为107J；熔合线线外2mm处冲击值平均为119J。因此，采用配套埋弧焊焊接工艺焊接的低温用高锰奥氏体钢，焊缝成形良好，焊缝及焊接接头具有良好的力学性能，-196℃低温冲击韧性优良，满足LNG储罐使用技术要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进一步详细描述。
实施例1
一种低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，将待焊低温用高锰奥氏体钢加工为K型坡口，单边角度45°，坡口无钝边，间隙为3mm，点焊固定待焊试板及所留间隙，坡口用砂轮机打磨干净，除去水锈油污。待焊试板无需预热。
焊接试板为30mm厚的低温用高锰奥氏体钢，化学组分是：C为0.3~0.4wt%，Cr为3~5wt%，Mn为23~25wt%，Ni为0.5~0.6wt%，所述低温用高锰奥氏体钢的力学性能是：抗拉强度为690MPa，-196℃时冲击功Akv=100J。
埋弧焊工艺参数：
采用直流电源（反接），待焊试板平整摆放于焊接平台之上，焊接反变形通过本发明的焊接顺序来控制，因此无需通过任何固定装置固定待焊试板，免去增加强制固定件的工序，且焊后板形控制良好无需矫直。
采用φ4mm的低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊丝。配套焊丝成分如下：0.20%-0.40%C，24%-26%Mn，0.10%-0.20%Si，4%-8%Cr+Ni，余量为不可避免的杂质。试板组对间隙为3mm，打底焊采用强制成型的焊接工艺，即将K型坡口背面填满配套焊剂，并用衬垫贴紧，防止焊剂撒漏。打底焊接电流为340A，焊接电压为29V，焊接速度为40cm/min，线能量控制在15kJ/cm。
K型坡口的正面和背面的填充盖面焊采用相同焊接工艺，焊接电流为540A，焊接电压为31V，焊接速度为33cm/min，线能量控制在30kJ/cm。两边坡口焊接顺序按照正面、背面交替进行，正面焊接两道后（含打底焊）进行背面焊接；背面焊接两道后再进行正面的盖面焊，最后进行背面的盖面焊。控制层间温度在120℃以下。焊接完成后，变形度控制在2°以下。
因为采用φ4.0mm的焊丝，焊接电流等参数较细直径焊丝都有所增加，最终减少焊接层数，提高焊接效率。但需注意在进行盖面焊时，应采取压道焊接，防止焊道过宽，影响最终性能。
对本实施例焊后的焊缝力学性能进行检测分析，结果如下：焊接接头抗拉强度为708MPa；弯曲d=4a，180°无裂纹；在-196℃焊缝金属冲击平均值为84J，熔合线冲击平均值70J，熔合线线外1mm处冲击平均值为104J，熔合线线外2mm处冲击平均值为115J。测试结果表明：采用配套埋弧焊焊接工艺焊接的低温用高锰奥氏体钢，焊缝成形良好，焊缝及焊接接头具有良好的力学性能，-196℃低温冲击韧性优良，达到LNG储罐使用技术要求。
实施例2
一种低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，将待焊低温用高锰奥氏体钢加工为K型坡口，单边角度45°，坡口无钝边，间隙为3mm，点焊固定待焊试板及所留间隙，坡口用砂轮机打磨干净，除去水锈油污。待焊试板无需预热。
焊接试板为30mm厚的低温用高锰奥氏体钢，化学组分是：C为0.3~0.4wt%，Si为0.18wt%，Mn为 24wt%，Ni为0.6wt%，所述低温用高锰奥氏体钢的力学性能是：抗拉强度为690MPa，-196℃时冲击功Akv=100J。
埋弧焊工艺参数：
采用直流电源（反接），待焊试板平整摆放于焊接平台之上，焊接反变形通过本发明的焊接顺序来控制，因此无需通过任何固定装置固定待焊试板，免去增加强制固定件的工序，且焊后板形控制良好无需矫直。
采用φ4mm的低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊丝。配套焊丝成分如下：配套焊丝成分如下：0.20%-0.40%C，24%-26%Mn，0.10%-0.20%Si，4%-8%Cr+Ni，余量为不可避免的杂质。试板组对间隙为3mm，打底焊采用强制成型的焊接工艺，即将K型坡口背面填满配套焊剂，并用衬垫贴紧，防止焊剂撒漏。打底焊接电流为360A，焊接电压为30V，焊接速度为42cm/min，线能量控制在15kJ/cm。
K型坡口的正面和背面的填充盖面焊采用相同焊接工艺，焊接电流为560A，焊接电压为33V，焊接速度为36cm/min，线能量控制在30kJ/cm。两边坡口焊接顺序按照正面、背面交替进行，正面焊接两道后（含打底焊）进行背面焊接；背面焊接两道后再进行正面的盖面焊，最后进行背面的盖面焊。控制层间温度在120℃以下。焊接完成后，变形度控制在2°以下。
因为采用φ4.0mm的焊丝，焊接电流等参数较细直径焊丝都有所增加，最终减少焊接层数，提高焊接效率。但需注意在进行盖面焊时，应采取压道焊接，防止焊道过宽，影响最终性能。
对本实施例焊后的焊缝力学性能进行检测分析，结果如下：焊接接头抗拉强度为712MPa；弯曲d=4a，180°无裂纹；在-196℃焊缝金属冲击平均值为93J，熔合线冲击平均值76J，熔合线线外1mm处冲击平均值为110J，熔合线线外2mm处冲击平均值为120J。测试结果表明：采用配套埋弧焊焊接工艺焊接的低温用高锰奥氏体钢，焊缝成形良好，焊缝及焊接接头具有良好的力学性能，-196℃低温冲击韧性优良，达到LNG储罐使用技术要求。
Claims (5)
1.一种低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤（1）焊前准备：
待焊钢板开K型坡口，单边角度45°，将待焊钢板平整摆放于焊接平台上，无需任何固定装置固定待焊试板，焊前不预热；
步骤（2）埋弧焊焊接：
采用φ4mm的低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊丝；打底焊采用强制成型的焊接工艺，即将K型坡口背面填满配套焊剂，并用衬垫贴紧，防止焊剂撒漏；K型坡口的正面和背面的填充盖面焊采用相同焊接工艺，焊接电流540A~560A，焊接电压31V~33V，焊接速度33~36cm/min，线能量控制在30kJ/cm；正面、背面交替焊接，正面焊接两道后进行背面焊接；背面焊接两道后再进行正面的盖面焊，最后进行背面的盖面焊；焊接完成后，变形度控制在2°以下。
2.如权利要求1所述的低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，其特征在于坡口不留钝边，试板组对间隙为3mm，点焊固定待焊试板及间隙，坡口用砂轮机打磨干净，除去水锈油污。
3.如权利要求1所述的低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，其特征在于打底焊焊接电流340~360A，焊接电压29V~30V，焊接速度40cm/min~42cm/min，线能量控制在15kJ/cm。
4.如权利要求1所述的低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，其特征在于控制层间温度在120℃以下。
5.如权利要求1所述的低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，其特征在于在进行盖面焊时，采取压道焊接。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210528 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |