CN113843482A - 船用低温钢焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船用低温钢焊接方法，步骤一，制作两块船用低温钢制成的焊接母材，接头形式为对接焊，坡口形式为角度40°至50°的V型坡口；步骤二，清除V型坡口表面、焊接母材上表面和下表面离V型坡口边缘至少20mm范围内的油污、铁锈及污染物，并打磨干净露出金属光泽；步骤三，固定于V型坡口下端的马板，V型坡口两端各设置一个引弧板；步骤四，采用多层多道焊接，每层焊道的厚度为3mm至5mm，单道焊宽度不超过25mm；步骤五，焊接方法为二氧化碳气体保护焊，设定焊接参数后用焊材施焊，层间温差小于150℃，单道焊接中途无停止；步骤六，检查焊缝表面质量，焊缝表面不能有焊接缺陷；步骤七，焊接结束48小时后进行焊缝内部质量探伤。

Description

船用低温钢焊接方法
技术领域
本发明涉及钢材焊接技术领域，尤其是一种船用低温钢焊接方法。
背景技术
LPG(液化石油气)船、LEG(液化乙烯气)船、LNG(液化天然气)船，服役的最低温度为-55℃左右，船的液货舱及靠近液货舱的船体结构部分，对材料性能要求十分苛刻，常采用昂贵的镍合金钢作为低温钢进行制作；采用新型的碳锰系列船用低温钢代替镍合金钢作为低温钢可以提高性能降低建造成本；低温钢焊接工艺可从中国专利申请号200610135088.3的发明公开的一种低温钢焊接机壳的焊接工艺获得了解。低温钢焊接的主要问题是母材的含碳量一般都较低，且韧性和塑性均很好，低温钢焊接工艺需要保证焊接接头具有较高的焊接强度、良好的低温冲击韧性，低温钢焊接工艺的难点在于避免焊接的裂纹以及减少焊接应力，控制热输入，既要保证熔敷金属熔于母材，又要保证焊接接头在-40℃低温时的冲击吸收能量值；传统的低温钢焊接工艺用于碳锰系列船用低温钢的焊接，存在焊接热输入较大，焊接强度较低，韧性、抗冷裂性较差的不足；因此，设计一种焊接热输入较小，焊接强度较高，韧性、抗冷裂性较好的船用低温钢焊接方法，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服目前的低温钢焊接工艺用于碳锰系列船用低温钢的焊接，存在低温钢焊接工艺用于碳锰系列船用低温钢的焊接，存在焊接热输入较大，焊接强度较低，韧性、抗冷裂性较差的不足，提供一种焊接热输入较小，焊接强度较高，韧性、抗冷裂性较好的船用低温钢焊接方法。
本发明的具体技术方案是：
一种船用低温钢焊接方法，步骤一，制作两块船用低温钢制成的焊接母材，接头形式为对接焊，坡口形式为角度40°至50°的V型坡口；步骤二，清除V型坡口表面、焊接母材上表面和下表面离V型坡口边缘至少20mm范围内的油污、铁锈及污染物，并打磨干净露出金属光泽；步骤三，固定于V型坡口下端的马板，V型坡口两端各设置一个引弧板，马板、引弧板的材料与焊接母材相同；步骤四，采用多层多道焊接，每层焊道的厚度为3mm至5mm，单道焊宽度不超过25mm，层间须通过钢丝刷清理焊道；步骤五，焊接方法为二氧化碳气体保护焊，设定焊接参数后用焊材施焊，层间温差小于150℃，单道焊接中途无停止；步骤六，检查焊缝表面质量，焊缝表面不能有裂纹、焊瘤、夹渣、气孔、未融合、咬边、焊缝尺寸不足焊接缺陷；步骤七，焊接结束48小时后进行焊缝内部质量探伤，确保焊缝内部质量合格。
作为优选，所述的船用低温钢为板厚8mm至32mm的低温碳锰钢VL4-4L；焊前不需要预热。
作为优选，所述的V型坡口的钝边为0.8mm至1.5mm，根部间隙为6mm至10mm。
作为优选，所述的焊接参数按照PWPS焊接工艺规程的电流、电压、气体流量以及焊接速度设定；焊接前用钳形表检测调节电流、电压；焊接过程中对焊接参数进行记录。
作为优选，所述的焊材采用京雷GFR-81K2，等级为VY46MSH5的低温钢药芯焊丝φ1.2mm；低温钢药芯焊丝φ1.2mm的熔敷金属具有较好的低温韧性。
作为优选，所述的焊缝内部质量探伤采用X射线探伤或磁粉探伤。
作为优选，所述的焊接母材为长600mm、宽200mm、厚16mm的低温碳锰钢VL4-4L；焊前不需要预热；所述的坡口形式为45°的V型坡口，V型坡口的钝边为1mm，根部间隙为8mm；所述的马板尺寸为300mm×100mm，引弧板尺寸为150mm×150mm；采用四层单道焊接，每层焊道的厚度为4.4mm至4.6mm，单道焊宽度不超过25mm；所述的焊接参数按照PWPS焊接工艺规程的电流、电压、气体流量以及焊接速度设定；焊接前用钳形表检测调节电流、电压；焊接过程中对焊接参数进行记录；所述的焊材采用京雷GFR-81K2，等级为VY46MSH5的低温钢药芯焊丝φ1.2mm；低温钢药芯焊丝φ1.2mm的熔敷金属具有较好的低温韧性；检查焊缝表面质量，焊缝表面不能有裂纹、焊瘤、夹渣、气孔、未融合、咬边、焊缝尺寸不足焊接缺陷；所述的焊缝内部质量探伤采用X射线探伤或磁粉探伤，确保焊缝内部质量合格。
作为优选，所述的检查焊缝表面质量和焊缝内部质量探伤后，进行包括拉伸试验、冲击试验、弯曲试验的破环性试验，及硬度检测；。
作为优选，所述的低温碳锰钢VL4-4L的化学成分为：
C:0.08％,Si:0.21％,Mn:1.55％,P:0.009％；S:0.001％,Nb:0.014％,Al:0.053％,Mo:0.005％,Cu:0.02％,Ni:0.02％,Cr:0.03％,Ti:0.013％,V:0.003％,N:0.0033％，碳当量为Cep:0.38％；低温碳锰钢VL4-4L的屈服强度为456MPa,抗拉强度为546MPa,伸长率为28％，-60℃平均冲击164J；碳当量为0.38％，焊接性良好。
低温碳锰钢焊接时，母材被加热到高温，由于焊接条件下加热的瞬时性和局部性，使焊缝附件的母材在焊接时受到了一种特殊的热循环作用，其特点：升温速度高，冷却速度快，热场分布极不均匀，离焊缝越近，母材加热到峰值越高，靠近焊缝的高温区内接近于熔点熔合区与过热区的组织主要与奥氏体晶粒大小和冷却速度有关，奥氏体晶粒越粗大，越容易生成魏氏组织；往往由晶界网状铁素体向奥氏体晶粒内形成许多平行的铁素体片，在铁素体片之间的剩余奥氏体最后转变成为珠光体；在较细的奥氏体晶粒10级情况下，其有魏氏组织并不会使冲击韧性下降，且冷脆转变温度还会有所下降；奥氏体晶粒度为1+级情况下，已经产生不利影响而有所减弱，魏氏组织的存在已经使冲击韧性大为下降，且冷脆转变温度上升，因此，魏氏组织的形成与过热区的过热程度有很大关系，即与金属在高温停留的时间有关；对于同一种焊接方法来说，热输入量越大，高温停留时间越长，过热越严重，奥氏体晶粒长得越粗大，越容易得到粗大得魏氏组织，得到的焊接接头的冲击韧性就越差；热输入量过大，易使奥氏体晶粒粗大，产生粗大魏氏组织，热影响区冲击韧性降低，适当降低热输入量，奥氏体晶粒较细，组织细小，热影响区冲击韧性有很大提高。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述的船用低温钢焊接方法，焊接热输入较小，焊接强度较高，韧性、抗冷裂性较好。坡口形式为45°的V型坡口，利于低温钢的焊接热输入；V型坡口的钝边为1mm，根部间隙为8mm，克服了传统的低温钢焊接工艺采用60°大坡口，根部间隙10mm，焊接填充熔敷金属较多，焊接摆幅宽度超过25mm，没有进行多道焊接，导致同一位置焊接停留时间过长，温度极速升高，层间温度超过150℃时，没有停止焊接，继续后续焊接，导致材料温度升至200℃，使材料晶粒粗大，低温韧性冲击不能达到27J要求的不足，利于填充熔敷金属，减少焊接的摆幅宽度，焊接摆幅宽度超过25mm，就采取多道焊接，从而避免焊接在同一位置停留时间过长，避免材料温度过高使材料晶粒粗大，使低温韧性冲击达到要求。采用较小的焊接热输入，最大限度的减少过热，防止在焊接接头上出现粗大的组织。采用低温钢药性焊丝φ1.2mm，避免线能量过高，低温钢药芯焊丝φ1.2mm的熔敷金属具有较好的低温韧性。采用采用多层多道的直焊道多道快速压焊，层间温差小于150℃，避免焊道长时间处于高温状态，利于减少过热及后一焊道对前一焊道有回火作用，使晶粒细化。焊接方法为焊接热输入0.6至0.8的二氧化碳气体保护焊，利于减小焊接热输入。马板利于保证焊缝平整，方便焊接施工。引弧板设于焊缝的起点和终点处，利于克服焊缝的起点和终点处常因不能熔透而出现凹形的焊口，避免受力后出现裂纹及应力集中。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图中：焊接母材1，V型坡口2，马板3，角度a，钝边b，根部间隙c，。
具体实施方式
下面结合附图所示对本发明进行进一步描述。
如附图1所示：一种船用低温钢焊接方法，步骤一，制作两块船用低温钢制成的焊接母材1，接头形式为对接焊，坡口形式为角度a为40°至50°的V型坡口2；步骤二，清除V型坡口2表面、焊接母材1上表面和下表面离V型坡口2边缘至少20mm范围内的油污、铁锈及污染物，并打磨干净露出金属光泽；步骤三，点焊固定于V型坡口2下端的马板3，V型坡口2两端各设置一个引弧板(未图示)，马板3、引弧板的材料与焊接母材1相同；步骤四，采用多层多道焊接，每层焊道的厚度为3mm至5mm，单道焊宽度不超过25mm，层间须通过钢丝刷清理焊道；步骤五，焊接方法为二氧化碳气体保护焊，设定焊接参数后用焊材施焊，层间温差小于150℃，单道焊接中途无停止；步骤六，检查焊缝表面质量，焊缝表面不能有裂纹、焊瘤、夹渣、气孔、未融合、咬边、焊缝尺寸不足焊接缺陷；步骤七，焊接结束48小时后进行焊缝内部质量探伤，确保焊缝内部质量合格。
所述的船用低温钢为板厚8mm至32mm的低温碳锰钢VL4-4L；焊前不需要预热。
所述的V型坡口2的V型坡口2的钝边b为0.8mm至1.5mm，根部间隙c为6mm至10mm。
所述的焊接参数按照PWPS焊接工艺规程的电流、电压、气体流量以及焊接速度设定；焊接前用钳形表检测调节电流、电压；焊接过程中对焊接参数进行记录。
所述的焊材采用京雷GFR-81K2，等级为VY46MSH5的低温钢药芯焊丝φ
1.2mm；低温钢药芯焊丝φ1.2mm的熔敷金属具有较好的低温韧性。
所述的焊缝内部质量探伤采用X射线探伤或磁粉探伤。
本实施例中：
所述的焊接母材1为长600mm、宽200mm、厚16mm的低温碳锰钢VL4-4L；焊前不需要预热；所述的V型坡口2形式为45°的V型坡口2，V型坡口2的V型坡口2的钝边b为1mm，根部间隙c为8mm；所述的马板3尺寸为300mm×100mm，引弧板尺寸为150mm×150mm；采用四层单道焊接，每层焊道的厚度为4.4mm至4.6mm，单道焊宽度不超过25mm；所述的焊接参数按照PWPS焊接工艺规程的电流、电压、气体流量以及焊接速度设定，焊接参数设定参见表一；焊接前用钳形表检测调节电流、电压；焊接过程中对焊接参数进行记录；所述的焊材采用京雷GFR-81K2，等级为VY46MSH5的低温钢药芯焊丝φ1.2mm；低温钢药芯焊丝φ1.2mm的熔敷金属具有较好的低温韧性；检查焊缝表面质量，焊缝表面不能有裂纹、焊瘤、夹渣、气孔、未融合、咬边、焊缝尺寸不足焊接缺陷；所述的焊缝内部质量探伤采用X射线探伤，确保焊缝内部质量合格。
所述的检查焊缝表面质量和焊缝内部质量探伤后，进行包括拉伸试验、冲击试验、弯曲试验的破环性试验，及硬度检测；试验及检测结果参见表2。
所述的低温碳锰钢VL4-4L的化学成分为：
C:0.08％,Si:0.21％,Mn:1.55％,P:0.009％；S:0.001％,Nb:0.014％,Al:0.053％,Mo:0.005％,Cu:0.02％,Ni:0.02％,Cr:0.03％,Ti:0.013％,V:0.003％,N:0.0033％，碳当量为Cep:0.38％；低温碳锰钢VL4-4L的屈服强度为456MPa,抗拉强度为546MPa,伸长率为28％，-60℃平均冲击164J；碳当量为0.38％，焊接性良好。
表一
Figure BDA0003273298350000051
Figure BDA0003273298350000061
表二
Figure BDA0003273298350000062
Figure BDA0003273298350000071
试验结果结果显示，采用本发明的船用低温钢焊接方法对碳锰低温钢进行焊接，焊接接头均符合技术标准要求，焊缝全部合格，避免产生热裂纹，通过试验结果与LT-FH36低温钢进行对比，数据同样满足LT-FH36低温钢的各项性能参数，本发明的焊接工艺符合DNVGL和IGC Code规范的要求，并获得DNVGL船级社的工艺认可。
除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种船用低温钢焊接方法，其特征是，步骤一，制作两块船用低温钢制成的焊接母材，接头形式为对接焊，坡口形式为角度40°至50°的V型坡口；步骤二，清除V型坡口表面、焊接母材上表面和下表面离V型坡口边缘至少20mm范围内的油污、铁锈及污染物，并打磨干净露出金属光泽；步骤三，固定于V型坡口下端的马板，V型坡口两端各设置一个引弧板，马板、引弧板的材料与焊接母材相同；步骤四，采用多层多道焊接，每层焊道的厚度为3mm至5mm，单道焊宽度不超过25mm，层间须通过钢丝刷清理焊道；步骤五，焊接方法为二氧化碳气体保护焊，设定焊接参数后用焊材施焊，层间温差小于150℃；步骤六，检查焊缝表面质量，焊缝表面不能有焊接缺陷；步骤七，焊接结束48小时后进行焊缝内部质量探伤。
2.根据权利要求1所述的船用低温钢焊接方法，其特征是，所述的船用低温钢为板厚8mm至32mm的低温碳锰钢VL4-4L；焊前不需要预热。
3.根据权利要求1所述的船用低温钢焊接方法，其特征是，所述的V型坡口的钝边为0.8mm至1.5mm，根部间隙为6mm至10mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的船用低温钢焊接方法，其特征是，所述的焊接参数按照PWPS焊接工艺规程的电流、电压、气体流量以及焊接速度设定；焊接前用钳形表检测调节电流、电压；焊接过程中对焊接参数进行记录。
5.根据权利要求1或2或3所述的船用低温钢焊接方法，其特征是，所述的焊材采用京雷GFR-81K2，等级为VY46MSH5的低温钢药芯焊丝φ1.2mm。
6.根据权利要求1或2或3所述的船用低温钢焊接方法，其特征是，所述的焊缝内部质量探伤采用X射线探伤或磁粉探伤。
7.根据权利要求1所述的船用低温钢焊接方法，其特征是，所述的焊接母材为长600mm、宽200mm、厚16mm的低温碳锰钢VL4-4L；焊前不需要预热；所述的坡口形式为45°的V型坡口，V型坡口的钝边为1mm，根部间隙为8mm；所述的马板尺寸为300mm×100mm，引弧板尺寸为150mm×150mm ；采用四层单道焊接，每层焊道的厚度为4.4mm至4.6mm，单道焊宽度不超过25mm ；所述的焊接参数按照PWPS焊接工艺规程的电流、电压、气体流量以及焊接速度设定；焊接前用钳形表检测调节电流、电压；焊接过程中对焊接参数进行记录；所述的焊材采用京雷GFR-81K2，等级为VY46MSH5的低温钢药芯焊丝φ1.2mm；低温钢药芯焊丝φ1.2mm的熔敷金属具有较好的低温韧性；检查焊缝表面质量，焊缝表面不能有裂纹、焊瘤、夹渣、气孔、未融合、咬边、焊缝尺寸不足焊接缺陷；所述的焊缝内部质量探伤采用X射线探伤或磁粉探伤，确保焊缝内部质量合格。
8.根据权利要求1或7所述的船用低温钢焊接方法，其特征是，所述的检查焊缝表面质量和焊缝内部质量探伤后，进行包括拉伸试验、冲击试验、弯曲试验的破环性试验，及硬度检测；。
9.根据权利要求1或7所述的船用低温钢焊接方法，其特征是，所述的低温碳锰钢VL4-4L的化学成分为：C:0.08%,Si:0.21%,Mn:1.55%,P:0.009%;S:0.001%,Nb:0.014%,Al:0.053%,Mo:0.005%,Cu:0.02%,Ni:0.02%,Cr:0.03%,Ti:0.013%,V:0.003%,N:0.0033%，碳当量为Cep:0.38%；低温碳锰钢VL4-4L的屈服强度为456MPa,抗拉强度为546MPa,伸长率为28%，-60℃ 平均冲击164J；碳当量为0.38% ，焊接性良好。
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