CN113843485A - 一种用于耐原油腐蚀高强钢中厚板的双丝埋弧焊接方法 - Google Patents
一种用于耐原油腐蚀高强钢中厚板的双丝埋弧焊接方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的一种用于耐原油腐蚀高强钢中厚板的双丝埋弧焊接方法，其特征在于，厚度为15～22mm的耐原油腐蚀高强钢板，焊接位置为平位置，坡口采用Y型坡口，坡口角度为单边70°±5°，钝边8～10mm，根部间隙为0～1mm；采用双丝埋弧焊，前焊丝采用直流电反接电源，焊丝直径3.0～3.2mm，垂直于试板表面；后焊丝采用交流电电源，焊丝直径3.0～3.2mm，后焊丝后倾与前焊丝夹角为9～13°；前焊丝与后焊丝的间距为20～30mm，干伸长分别为28～32mm。本发明焊缝成形美观，提高焊丝熔敷效率50%以上，焊接接头耐腐蚀性优良，抗拉强度大，正反弯180°后无裂纹，冲击韧性好，满足IMO标准的腐蚀要求。
Description
技术领域
本发明为耐蚀钢焊接技术领域，具体涉及一种用于耐原油腐蚀高强钢中厚板的双丝埋弧焊接方法。
背景技术
原油船作为海上原油运输工具，对海上资源开采与能源运输具有重要的意义，其耐蚀性能直接关系到船舶结构的安全与海洋环境的环保。国际海事组织(IMO)的《原油船货油舱保护涂层性能标准》和《原油船货油舱替代防腐措施性能标准》作为《国际海上人命安全(SOLAS)公约》框架内的强制性要求，于2014年1月1日正式实施。原油船货油舱的防腐措施目前为采用涂层或者采用耐原油腐蚀钢替代涂层。
船用耐原油腐蚀钢可取代船舶特种涂层，具有良好耐原油腐蚀性能和易维护性能，可广泛用于船舶货油舱及相关管路系统，具有良好的应用前景。作为货油舱涂层唯一替代方案的耐蚀钢最早是由日本开展研究的，其在油船耐蚀钢的生产及相关焊接技术方面一直处于领先地位。我国近年来开展了国产原油船用耐蚀钢及其配套材料的研制和应用技术研究，并于2014年在实船上进行了应用，应用效果良好。
埋弧焊适用于平直拼板的对接焊接，具有效率高、无明弧、烟尘少的特点，非常适用于原油船货油舱这种平直结构的焊接，能有效提高船舶焊接效率，降低建造成本，兼具绿色环保。目前在国内原油船实船上得到应用的焊接方法主要为手工焊条电弧焊和药芯焊丝CO2气保焊。国产耐蚀钢与配套埋弧焊材尚未在实船应用，在实验室研究中也主要集中在单丝埋弧焊工艺研究。原油船用耐蚀钢由于添加了耐蚀合金元素，导致其焊接时熔池金属流动性较差，且容易发生磁偏吹现象，直接影响焊接接头成形及性能。采用双电源串联双丝埋弧焊由两台电源分别控制两根焊丝焊接，在相同焊接热输入条件下双丝埋弧焊形成的熔池较长，冷却速度相应变慢，则有利于微量元素的扩散及冶金反应的充分，同时保证焊缝熔深及焊缝成形质量。但目前船用耐原油腐蚀高强钢双丝埋弧焊接工艺研究还处于基本空白，尚未有适用于原油船用国产耐原油腐蚀高强钢双丝埋弧焊接工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于耐原油腐蚀高强钢中厚板的双丝埋弧焊接方法，以解决船用耐原油腐蚀高强钢因添加合金元素导致焊接熔池流动性差、焊接磁偏吹等问题，可以提高焊丝熔敷效率50％以上，获得良好焊缝成形及焊接接头性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明的一种用于耐原油腐蚀高强钢中厚板的双丝埋弧焊接方法，其特征在于：厚度为15～22mm的耐原油腐蚀高强钢板，焊接位置为平位置，坡口采用Y型坡口，坡口角度为单边70°±5°，钝边8～10mm，根部间隙为0～1mm；采用双丝埋弧焊，前焊丝采用直流电反接电源，焊丝直径3.0～3.2mm，垂直于试板表面；后焊丝采用交流电电源，焊丝直径3.0～3.2mm，后焊丝后倾与前焊丝夹角为9～13°；前焊丝与后焊丝的间距为20～30mm，干伸长分别为28～32mm；
所述耐原油腐蚀高强钢板的质量百分比成分为：C：≤0.18％、Si：≤0.5％、Mn：0.9％～1.6％、S：≤0.035％、P：≤0.035％、Cr：≤0.2％、Ni：≤0.4％，Cu：≤0.35％、Mo：≤0.08％、V：≤0.03％～0.10％、Nb：0.019％～0.05％、Ti：≤0.02％、Fe：余量及不可避免的杂质；
所述前焊丝与后焊丝的质量百分比成分为：C≤0.10％、Si：≤0.3％、Mn：0.9-1.5％、S：≤0.01％、P：≤0.01％、Ni：0.3％～0.6％，Cu：0.1％～0.5％、Mo：≤0.3％；
焊接时采用颗粒状烧结型埋弧焊剂，其质量百分比成分为：CaO、MgO、CaF2和MnO的总量≥50％、SiO2≤20％、CaF2≥15％。
优选地，所述坡口加工好后对坡口附近20～30mm范围内试板表面进行清理；在所述坡口两端安装引弧板和熄弧板，引弧板和熄弧板的材质与焊接试板相同，无需开坡口。
优选地，所述前焊丝与后焊丝无需预热，所述焊剂在使用前于300～350℃下烘焙1.5～3.5小时。
优选地，所述焊缝的正面和反面均为单道焊接成形，所述前焊丝的焊接电流为620～720A，焊接电压为33～35V，焊接速度50～70cm/min；所述后焊丝的焊接电流为480～540A，焊接电压为37～40V，焊接速度50～70cm/min；总焊接热输入量为36～50KJ/cm。
本发明减少了熔敷道次实现了高效焊接，焊缝成形美观，提高焊丝熔敷效率50％以上，实现双丝埋弧焊低热输入的高效焊接；焊接接头抗拉强度大于548MPa，正反弯180°后焊接接头表面无裂纹或其他缺陷，20℃温度下冲击韧性不低于102J，焊接接头外观检查符合质量要求，无显著表面缺陷，焊接后耐蚀钢焊接接头按CB/T 3558标准进行X射线拍片满足I级片，并且通过该焊接方法获得的焊接接头具有优良的耐腐蚀性能，经过满足IMO标准的上甲板、内底板标准腐蚀试验后，焊接接头无明显台阶状腐蚀形貌。
附图说明
图1为本发明的双丝埋弧焊焊接坡口示意图；
图中：1-国产耐原油腐蚀高强钢中厚板板材、2-平位置坡口。
具体实施方式
本技术领域的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实施范围内对实施例进行变换、变型都可在本发明权利要求的范围内。
实施例1
(1)焊接材料
国产耐原油腐蚀高强钢18mm中厚板的质量百分比成分为：C：≤0.18％、Si：≤0.5％、Mn：0.9％～1.6％、S：≤0.035％、P：≤0.035％、Cr：≤0.2％、Ni：≤0.4％，Cu：≤0.35％、Mo：≤0.08％、V：≤0.03％～0.10％、Nb：0.019％～0.05％、Ti：≤0.02％、Fe：余量及不可避免的杂质。
前焊丝与后焊丝的质量百分比成分为：C≤0.10％、Si：≤0.3％、Mn：0.9-1.5％、S：≤0.01％、P：≤0.01％、Ni：0.3％～0.6％，Cu：0.1％～0.5％、Mo：≤0.3％；无需预热。
焊剂质量百分比成分为：CaO、MgO、CaF2和MnO的总量≥50％、SiO2≤20％、CaF2≥15％；在使用前于300℃下烘焙2小时。
(2)焊接方法
厚度为18mm的国产耐原油腐蚀高强钢板，焊接位置为平位置，坡口采用Y型坡口，坡口角度为单边70°，钝边10mm，根部间隙为0～1mm；所述坡口加工好后对坡口附近20～30mm范围内试板表面进行清理；在所述坡口两端安装引弧板和熄弧板，引弧板和熄弧板的材质与焊接试板相同，无需开坡口。
采用双丝埋弧焊，前焊丝采用直流电反接电源，焊丝直径3.2mm，垂直于试板表面；后焊丝采用交流电电源，焊丝直径3.2mm，后焊丝后倾与前焊丝夹角为10°；前焊丝与后焊丝的间距为25mm，干伸长分别为30mm。
焊缝的正面和反面均为单道焊接成形，在环境温度不小于0℃的常温焊接，其余焊接工艺参数如表1所示。
实施例2～4
焊接材料(母材和焊丝)的材质同实施例1。
实施例2厚度为18mm的国产耐原油腐蚀高强钢板，前焊丝采用直流电反接电源，焊丝直径3.2mm，垂直于试板表面；后焊丝采用交流电电源，焊丝直径3.2mm，后焊丝后倾与前焊丝夹角为10°；前焊丝与后焊丝的间距为25mm，干伸长分别为30mm，焊接位置为平位置，坡口采用Y型坡口，坡口角度为70°，钝边10mm，根部间隙为0～1mm；
实施例3厚度为16mm的国产耐原油腐蚀高强钢板，前焊丝采用直流电反接电源，焊丝直径3.0mm，垂直于试板表面；后焊丝采用交流电电源，焊丝直径3.0mm，后焊丝后倾与前焊丝夹角为12°；前焊丝与后焊丝的间距为25mm，干伸长分别为30mm，焊接位置为平位置，坡口采用Y型坡口，坡口角度为65°，钝边10mm，根部间隙为0～1mm；
实施例4厚度为20mm的国产耐原油腐蚀高强钢板，前焊丝采用直流电反接电源，焊丝直径3.2mm，垂直于试板表面；后焊丝采用交流电电源，焊丝直径3.2mm，后焊丝后倾与前焊丝夹角为10°；前焊丝与后焊丝的间距为25mm，干伸长分别为28mm，焊接位置为平位置，坡口采用Y型坡口，坡口角度为75°，钝边10mm，根部间隙为0～1mm；
焊缝的正面和反面均为单道焊接成形，在环境温度不小于0℃的常温焊接，其余焊接工艺参数如表1所示。
表1实施例1～2焊接工艺参数
(3)试验结果
按照中国船级社《材料与焊接规范》对焊接接头进行焊接试件检验，完成拉伸、弯曲性能(接头采用直径为72mm弯芯面弯或背弯180°)、20℃冲击韧性检测。检测结果如表2所示，满足标准要求。
表2实施例1～2焊接接头性能
实施例1焊接后耐蚀钢焊接接头X射线探伤评级满足CB/T 3558中Ⅰ级标准要求；按IMO289(89)标准原油船货油舱耐腐蚀钢考核程序，对焊接接头腐蚀性能进行检测。将焊接接头放置于放置于PH值为0.85，重量百分比为10％的NaCl溶液中168小时后(内底板腐蚀试验)，将焊接接头放大1000倍观察焊缝金属和母材之间表面边界无台阶。将焊接接头放置于模拟上甲板环境试验装置内98天(上甲板腐蚀试验)，焊接接头放大1000倍观察焊缝金属和母材之间表面边界无台阶。
实施例2焊接后耐蚀钢焊接接头X射线探伤评级满足CB/T 3558中Ⅰ级标准要求；按IMO289(89)标准原油船货油舱耐腐蚀钢考核程序，对焊接接头腐蚀性能进行检测。将焊接接头放置于放置于PH值为0.85，重量百分比为10％的NaCl溶液中168小时后(内底板腐蚀试验)，将焊接接头放大1000倍观察焊缝金属和母材之间表面边界无台阶。将焊接接头放置于模拟上甲板环境试验装置内98天(上甲板腐蚀试验)，焊接接头放大1000倍观察焊缝金属和母材之间表面边界无台阶。
实施例3焊接后耐蚀钢焊接接头X射线探伤评级满足CB/T 3558中Ⅰ级标准要求；按IMO289(89)标准原油船货油舱耐腐蚀钢考核程序，对焊接接头腐蚀性能进行检测。将焊接接头放置于放置于PH值为0.85，重量百分比为10％的NaCl溶液中168小时后(内底板腐蚀试验)，将焊接接头放大1000倍观察焊缝金属和母材之间表面边界无台阶。将焊接接头放置于模拟上甲板环境试验装置内98天(上甲板腐蚀试验)，焊接接头放大1000倍观察焊缝金属和母材之间表面边界无台阶。
实施例4焊接后耐蚀钢焊接接头X射线探伤评级满足CB/T 3558中Ⅰ级标准要求；按IMO289(89)标准原油船货油舱耐腐蚀钢考核程序，对焊接接头腐蚀性能进行检测。将焊接接头放置于放置于PH值为0.85，重量百分比为10％的NaCl溶液中168小时后(内底板腐蚀试验)，将焊接接头放大1000倍观察焊缝金属和母材之间表面边界无台阶。将焊接接头放置于模拟上甲板环境试验装置内98天(上甲板腐蚀试验)，焊接接头放大1000倍观察焊缝金属和母材之间表面边界无台阶。
Claims (7)
1.一种用于耐原油腐蚀高强钢中厚板的双丝埋弧焊接方法，其特征在于，厚度为15～22mm的耐原油腐蚀高强钢板，焊接位置为平位置，坡口采用Y型坡口，坡口角度为单边70°±5°，钝边8～10mm，根部间隙为0～1mm；采用双丝埋弧焊，前焊丝采用直流电反接电源，焊丝直径3.0～3.2mm，垂直于试板表面；后焊丝采用交流电电源，焊丝直径3.0～3.2mm，后焊丝后倾与前焊丝夹角为9～13°；前焊丝与后焊丝的间距为20～30mm，干伸长分别为28～32mm。
2.根据权利要求1所述的的双丝埋弧焊接方法，其特征在于，所述耐原油腐蚀高强钢板的质量百分比成分为：C：≤0.18%、Si：≤0.5%、Mn：0.9%～1.6%、S：≤0.035%、P：≤0.035%、Cr：≤0.2%、Ni：≤0.4%，Cu：≤0.35%、Mo：≤0.08%、V：≤0.03%～0.10%、Nb：0.019%～0.05%、Ti：≤0.02%、Fe：余量及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的的双丝埋弧焊接方法，其特征在于，所述前焊丝与后焊丝的质量百分比成分为：C≤0.10%、Si：≤0.3%、Mn：0.9-1.5%、S：≤0.01%、P：≤0.01%、Ni：0.3%～0.6%，Cu：0.1%～0.5%、Mo：≤0.3%。
4.根据权利要求1所述的的双丝埋弧焊接方法，其特征在于，所述坡口加工好后对坡口附近20～30mm范围内试板表面进行清理；在所述坡口两端安装引弧板和熄弧板，引弧板和熄弧板的材质与焊接试板相同，无需开坡口。
5.根据权利要求1所述的的双丝埋弧焊接方法，其特征在于，焊接时采用的颗粒状烧结型埋弧焊剂，质量百分比成分为：CaO、MgO、CaF2和MnO的总量≥50%、SiO2≤20%、CaF2≥15%。
6.根据权利要求5所述的的双丝埋弧焊接方法，其特征在于，所述前焊丝与后焊丝无需预热，所述焊剂在使用前于300～350℃下烘焙1.5～3.5小时。
7.根据权利要求1所述的的双丝埋弧焊接方法，其特征在于，所述焊缝的正面和反面均为单道焊接成形，所述前焊丝的焊接电流为620～720A，焊接电压为33～35V，焊接速度50～70cm/min；所述后焊丝的焊接电流为480～540A，焊接电压为37～40V，焊接速度50～70cm/min；总焊接热输入量为36～50KJ/cm。
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