CN113182642A - 抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗拉强度≥560MPa级的‑70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法，通过合理的母材、焊材配合，采用合理的焊条电弧焊焊接工艺，坡口形式、焊前预热、焊接参数相配和，保证焊接接头‑70℃低温冲击功KV2≥60J,焊接接头抗拉强度≥560MPa的综合力学性能，适合于16~60mm厚抗拉强度≥560MPa级‑70℃低温容器钢焊接。
Description
技术领域
本发明属于钢铁材料焊接技术领域，特别是涉及一种焊接接头力学综合性能优良的16～60mm厚抗拉强度≥560MPa级-70℃低温容器钢的焊条电弧焊技术。
背景技术
低温球罐用钢09MnNiDR的强度较低，专家提出在保证-70℃低温韧性的基础上开发新型低温钢，提高球罐用钢强度，降低材料用量和施工量，抗拉强度从430MPa提高到560MPa。
该新型低温钢仍然以焊接技术进行连接，以形成用于储备和运输低温储罐等的结构。该新型低温钢是否有较宽的焊接工艺窗口，焊接后其接头性能，特别是焊接接头的低温冲击韧性及焊接接头抗拉强度能否达到标准或用户要求，成为该钢种进入市场的第一道门槛。
发明内容
合理的焊接工艺对于抗拉强度为≥560MPa级-70℃低温容器钢结构安全使用具有重要的现实意义，本发明的目的就在于提供一种焊接接头力学综合性能优良的16～60mm厚抗拉强度≥560MPa级-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接工艺。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
准备低温容器钢母材：所述母材的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥560MPa，延伸率≥20％，-70℃冲击功KV2≥60J；化学成分及重量百分比为C：≤0.12％，Si：0.10～0.60％，Mn：1.00～1.75％，Ni：0.40～0.12％，Mo：≤0.20％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；
准备焊条：焊条化学成分及重量百分比为：C：0.03～0.12％，Mn：0.5～3.0％，Si：0.20～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：2.0～5.0％，Cr：0.05～0.25％，Mo：0.05～0.20％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质；
采用焊条电弧焊焊接，焊接参数如下：
1)坡口形式：采用不对称X型坡口，小坡口面角度为60～70°，大坡口面角度为50～60°，钝边尺寸为0～2mm，坡口装配留0～2mm间隙；
2)焊前预热温度≥60℃，层间温度60～160℃；反面焊接前进行清根处理；
3)焊条电弧焊焊接电流100～160A，电弧电压20～26，焊接速度12～18cm/min，焊接热输入7～20kJ/cm。
由于焊接工艺参数影响焊接接头的热循环过程，从而对焊接接头的焊缝金属和热影响区的组织和力学性能带来影响，本发明通过研究不同焊接工艺对焊接接头力学性能及焊接质量的影响，分别对焊接接头的焊缝及热影响区-70℃冲击功、拉伸性能以及弯曲性能进行了测定。结果表明，采用本发明所述焊接工艺参数进行焊接时，焊接接头综合力学性能优良，焊缝及热影响区-70℃冲击功KV2≥60J、抗拉强度Rm：≥560MPa、焊接接头侧弯d＝4a，180°合格。
有益效果：
本发明的抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢焊条电弧焊焊接方法，通过合理的母材、焊材配合，采用合理的焊条电弧焊焊接工艺，坡口形式、焊前预热、焊接参数相配和，保证焊接接头具有-70℃低温冲击功KV2≥60J、焊接接头抗拉强度≥560MPa的优良的综合力学性能，适合于16～60mm厚抗拉强度≥560MPa级-70℃低温容器钢焊接。
附图说明
图1是坡口加工示意图。
具体实施方式
实施例1
一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢焊条电弧焊焊接方法，包括以下步骤：
采用屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥560MPa，延伸率≥20％，-70℃冲击功KV2≥60J性能优良的低温容器钢，母材化学成分及重量百分比为C：≤0.12％，Si：0.10～0.60％，Mn：1.00～1.75％，Ni：0.40～0.12％，Mo：≤0.20％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接试板组合为16mm+16mm，试板尺寸为500mm(长)×200mm(宽)×16mm(厚)；
匹配的焊接材料：焊条化学成分及重量百分比为：C：0.03～0.12％，Mn：0.5～3.0％，Si：0.20～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：2.0～5.0％，Cr：0.05～0.25％，Mo：0.05～0.20％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
焊条直径为Φ4.0mm；
坡口型式为不对称X型坡口，小坡口面角度为65°，大坡口面角度为55°，钝边尺寸为1mm，坡口装配间隙为1mm；
焊前预热温度为60℃，层间温度60～160℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部呈金属光泽；
采用焊条电弧焊，焊接电流135A，电弧电压23V，焊接速度15cm/min，焊接热输入量12kJ/cm。
实施例2
一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢焊条电弧焊焊接工艺包括以下步骤：
采用屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥560MPa，延伸率≥20％，-70℃冲击功KV2≥60J性能优良的低温容器钢，母材化学成分及重量百分比为C：≤0.12％，Si：0.10～0.60％，Mn：1.00～1.75％，Ni：0.40～0.12％，Mo：≤0.20％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接试板组合为36mm+36mm，试板尺寸为500mm(长)×200mm(宽)×36mm(厚)；
匹配的焊接材料：焊条化学成分及重量百分比为：C：0.03～0.12％，Mn：0.5～3.0％，Si：0.20～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：2.0～5.0％，Cr：0.05～0.25％，Mo：0.05～0.20％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
焊条直径为Φ4.0mm；
坡口型式为不对称X型坡口，小坡口面角度为60°，大坡口面角度为55°，钝边尺寸为1mm，坡口装配间隙为1mm；
焊前预热温度为60℃，，层间温度60～160℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部呈金属光泽；
采用焊条电弧焊，焊接电流150A，电弧电压24V，焊接速度15cm/min，焊接热输入量14kJ/cm。
实施例3
一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢焊条电弧焊焊接工艺包括以下步骤：
采用屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥560MPa，延伸率≥20％，-70℃冲击功KV2≥60J性能优良的低温容器钢，母材化学成分及重量百分比为C：≤0.12％，Si：0.10～0.60％，Mn：1.00～1.75％，Ni：0.40～0.12％，Mo：≤0.20％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接试板组合为60mm+60mm，试板尺寸为500mm(长)×200mm(宽)×60mm(厚)；
匹配的焊接材料：焊条化学成分及重量百分比为：C：0.03～0.12％，Mn：0.5～3.0％，Si：0.20～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：2.0～5.0％，Cr：0.05～0.25％，Mo：0.05～0.20％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
焊条直径为Φ4.0mm；
坡口型式为不对称X型坡口，小坡口面角度为60°，大坡口面角度为50°，钝边尺寸为1mm，坡口装配间隙为1mm；
焊前预热温度为60℃，层间温度60～160℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部呈金属光泽；
采用焊条电弧焊，焊接电流155A，电弧电压24V，焊接速度14cm/min，焊接热输入量16kJ/cm。
经过上述实施例1～3的焊接方法对抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢进行焊条电弧焊后，分别对焊接接头的力学性能进行检测。焊接接头的冲击、拉伸和弯曲性能如表1所示。
表1焊接接头的冲击、拉伸及侧弯性能
由表1可见，实施例1～3得到的焊接接头的综合力学性能优良。焊缝及热影响区-70℃冲击功KV2≥60J、抗拉强度Rm：≥560MPa、焊接接头侧弯d＝4a，180°合格。并且本发明提供的工艺实施方式简单，适用性很强。
Claims (6)
1.一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
准备低温容器钢母材：所述母材的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥560MPa，延伸率≥20%，-70℃冲击功KV2≥60J；化学成分及重量百分比为C：≤0.12%，Si：0.10~0.60%，Mn：1.00～1.75%，Ni：0.40～0.12%，Mo：≤0.20%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；
准备焊条：化学成分及重量百分比为：C：0.03~0.12%，Mn：0.5~3.0%，Si：0.20~0.30%，S：≤0.01%，P：≤0.02%，Ni：2.0~5.0%，Cr：0.05~0.25%，Mo：0.05~0.20%，V：≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质；
采用焊条电弧焊焊接，焊接参数如下：
1) 坡口形式：采用不对称X型坡口，小坡口面角度为60~70°，大坡口面角度为50~60°，钝边尺寸为0~2mm，坡口装配留0~2mm间隙；
2) 焊前预热温度≥60℃，层间温度60~160℃；反面焊接前进行清根处理；
3) 焊条电弧焊焊接电流100~160A，电弧电压20~26，焊接速度12~18cm/min，焊接热输入7~20kJ/cm。
2.如权利要求1所述的一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法，其特征在于所述焊条直径Φ4.0mm。
3.如权利要求1所述的一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法，其特征在于焊接试板组合为16mm+16mm，试板尺寸为500mm（长）×200mm（宽）×16mm（厚）；不对称X型坡口小坡口面角度为65°，大坡口面角度为55°，钝边尺寸为1mm，坡口装配间隙为1mm；焊条电弧焊焊接电流135A，电弧电压23V，焊接速度15cm/min，焊接热输入量12kJ/cm。
4.如权利要求1所述的一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法，其特征在于焊接试板组合为36mm+36mm，试板尺寸为500mm（长）×200mm（宽）×36mm（厚）； 不对称X型坡口小坡口面角度为60°，大坡口面角度为55°，钝边尺寸为1mm，坡口装配间隙为1mm；焊条电弧焊焊接电流150A，电弧电压24V，焊接速度15cm/min，焊接热输入量14kJ/cm。
5.如权利要求1所述的一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法，其特征在于焊接试板组合为60mm+60mm，试板尺寸为500mm（长）×200mm（宽）×60mm（厚）； 不对称X型坡口小坡口面角度为60°，大坡口面角度为50°，钝边尺寸为1mm，坡口装配间隙为1mm；焊条电弧焊焊接电流155A，电弧电压24V，焊接速度14cm/min，焊接热输入量16kJ/cm。
6.如权利要求1所述的一种适用于抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的焊条电弧焊焊接方法，其特征在于所述低温容器钢厚度为16~60mm。
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