CN117506194A - 一种高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，包括坡口加工、预热、组对焊接、根焊缝焊接、填充和盖面焊接；填充和盖面焊接采用的焊条包括下述重量百分比的各组分：C为0.041wt％～0.059wt％，Si为0.42wt％～0.59wt％，Mn为1.17wt％～1.52wt％，Cr为0.03wt％～0.05wt％，Mo为0.008wt％～0.013wt％，Ni为3.12wt％～3.83wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明能对Q390级别的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢进行焊接，焊接成型良好，满足使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法。
背景技术
现代工业，不仅需要减少二氧化碳的排放，对于不得不排放的二氧化碳，还需要收集并处理，其中将二氧化碳储存并运送至所需地点利用是行业通用的解决办法。二氧化碳的储存方式为气态、液态和固态，其中固态存储的二氧化碳主要用于人造景观、舞台效果等，储运成本极高，而以气态、液态形式储运的二氧化碳可以低成本降碳。
能够储存液态二氧化碳的罐体需要具有良好低温韧性的钢板制造。目前行业已开发出Q390级别的碳锰低温钢，在-50℃条件下CTOD性能优异，-85℃条件下冲击性能优异，低温韧性满足使用要求。但因无配套的焊条焊接方法，无法大规模应用。
因此，需求开发一种高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，实现Q390级别高断韧性液态二氧化碳储罐钢板的焊条焊接，迎合低碳发展需要。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，能对Q390级别的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢进行焊接，焊接成型良好，满足使用要求。
技术方案：本发明的一种高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：包括坡口加工、预热、组对焊接、根焊缝焊接、填充和盖面焊接；填充和盖面焊接采用的焊条包括下述重量百分比的各组分：C为0.041wt％～0.059wt％，Si为0.42wt％～0.59wt％，Mn为1.17wt％～1.52wt％，Cr为0.03wt％～0.05wt％，Mo为0.008wt％～0.013wt％，Ni为3.12wt％～3.83wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述的坡口加工时，开不对称X型坡口，根部留1mm～2mm间隙，大坡口朝向储罐内侧，小坡口朝向储罐外侧。
其中，所述的预热时，采用电加热形式对坡口进行预热，预热温度不低于60℃，温度达到所设定目标后需根据钢板厚度进行保温。
其中，所述的保温时间为2t min，t为钢板厚度，t的单位为mm，2t≤150。
其中，所述的组对焊接时，组对坡口时，在罐体内侧每隔0.5m～0.8m加装码板，在两个码板中间焊接40mm～60mm焊缝。
其中，所述的根焊缝焊接时，采用NB-3J焊接，在组对焊接的两个码板之间，从焊缝两头相向焊接，在中心位置完成作业。
其中，所述的码板为10mm～30mm厚的钢板开槽而成，槽口覆盖焊缝，不影响焊接操作。
其中，所述的填充和盖面焊接时，采用焊条焊方式，在组对焊接的两个码板之间焊接，先进行填充焊接，再进行盖面焊接，外侧焊缝需要清根后再进行焊接。
其中，所述的焊条焊的工艺参数：第1道焊接，所用焊条直径为3.2mm，电流为80A～90A，电压为22.1V～24.3V，焊速为8.5cm/min～9.5cm/min；第2道及后续焊接，所用焊条直径为4.0mm，电流为120A～130A，电压为24.3V～26.6V，焊速为10cm/min～11cm/min。
其中，所述的盖面焊接完毕后去除码板。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：二氧化碳的处理是降低碳排放的重要环节，绝大多数是通过储罐进行运输。目前已经制造出具备储存液态二氧化碳能力的高断裂韧性钢板，但缺少焊接方法实现罐体组装。本发明能够实现高断韧性液态二氧化碳储罐钢板的焊条焊接，能对Q390级别的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢进行焊接，焊接成型良好，满足使用要求，有望大规模应用于船用液态二氧化碳储罐的制造，前景广阔。
附图说明
图1为本发明的焊接坡口结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例1：
采用本发明焊条焊接方法进行18mm厚高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接：
坡口加工。开不对称X型坡口，根部留1～2mm间隙，大坡口朝向储罐内侧，小坡口朝向储罐外侧。
预热。采用电加热形式对坡口进行预热，预热温度为60℃，保温时间为36min。
组对焊接。组对坡口时，采用10mm厚开槽钢板，在罐体内侧每隔0.8m加装码板，在两个码板中间焊接40mm焊缝。
根焊缝焊接。采用NB-3J焊接，在上述组对焊接的两个码板之间，从焊缝两头相向焊接，在中心位置完成作业。
填充和盖面焊接，采用焊条焊方式，焊条焊材的熔敷金属成分为：C为0.041wt％，Si为0.59wt％，Mn为1.52wt％，Cr为0.04wt％，Mo为0.013wt％，Ni为3.65wt％，P≤0.005wt％，S≤0.008wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在上述组对焊接的两个码板之间进行焊条焊接，先进行填充焊接，再进行盖面焊接。
第1道焊接，所用焊条直径为3.2mm，电流为80～90A，电压为22.1～24.3V，焊速为8.5～9.5cm/min；第2道及后续焊接，所用焊条直径为4.0mm，电流为120～130A，电压为24.3～26.6V，焊速为10～11cm/min。
盖面焊接完毕后去除码板。
得到的接头焊缝在-50℃条件下CTOD值为0.24、0.29、0.25，-85℃条件下AKv为86、99、88J，满足使用要求。
实施例2：
采用本发明焊条焊接方法进行40mm厚高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接：
坡口加工。开不对称X型坡口，根部留1～2mm间隙，大坡口朝向储罐内侧，小坡口朝向储罐外侧。
预热。采用电加热形式对坡口进行预热，预热温度为80℃，保温时间为80min。
组对焊接。组对坡口时，采用20mm厚开槽钢板，在罐体内侧每隔0.6m加装码板，在两个码板中间焊接50mm焊缝。
根焊缝焊接。采用NB-3J焊接，在上述组对焊接的两个码板之间，从焊缝两头相向焊接，在中心位置完成作业。
填充和盖面焊接，采用焊条焊方式，焊条焊材的熔敷金属成分为：C为0.049wt％，Si为0.48wt％，Mn为1.25wt％，Cr为0.05wt％，Mo为0.011wt％，Ni为3.83wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在上述组对焊接的两个码板之间进行焊条焊接，先进行填充焊接，再进行盖面焊接。
第1道焊接，所用焊条直径为3.2mm，电流为80～90A，电压为22.1～24.3V，焊速为8.5～9.5cm/min；第2道及后续焊接，所用焊条直径为4.0mm，电流为120～130A，电压为24.3～26.6V，焊速为10～11cm/min。
盖面焊接完毕后去除码板。
得到的接头焊缝在-50℃条件下CTOD值为0.26、0.30、0.26，-85℃条件下AKv为106、109、101J，满足使用要求。
实施例3：
采用本发明焊条焊接方法进行60mm厚高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接：
坡口加工。开不对称X型坡口，根部留1～2mm间隙，大坡口朝向储罐内侧，小坡口朝向储罐外侧。
预热。采用电加热形式对坡口进行预热，预热温度为100℃，保温时间为120min。
组对焊接。组对坡口时，采用30mm厚开槽钢板，在罐体内侧每隔0.5m加装码板，在两个码板中间焊接60mm焊缝。
根焊缝焊接。采用NB-3J焊接，在上述组对焊接的两个码板之间，从焊缝两头相向焊接，在中心位置完成作业。
填充和盖面焊接，采用焊条焊方式，焊条焊材的熔敷金属成分为：C为0.059wt％，Si为0.42wt％，Mn为1.17wt％，Cr为0.03wt％，Mo为0.008wt％，Ni为3.12％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在上述组对焊接的两个码板之间进行焊条焊接，先进行填充焊接，再进行盖面焊接。
第1道焊接，所用焊条直径为3.2mm，电流为80～90A，电压为22.1～24.3V，焊速为8.5～9.5cm/min；第2道及后续焊接，所用焊条直径为4.0mm，电流为120～130A，电压为24.3～26.6V，焊速为10～11cm/min。
盖面焊接完毕后去除码板。
得到的接头焊缝在-50℃条件下CTOD值为0.20、0.21、0.21，-85℃条件下AKv为66、69、78J，满足使用要求
本发明对焊条的熔敷金属成分进行了限定，C为0.041～0.059wt％，Si为0.42～0.59wt％，Mn为1.17～1.52wt％，Cr为0.03～0.05wt％，Mo为0.008～0.013wt％，Ni为3.12～3.83wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。该限定确保在焊接后焊缝中存有足够量的Ni以保证焊缝的低温冲击韧性，同时低C设计能够防止强度过高影响CTOD性能。
本发明中采用码板对罐体侧壁进行拘束，每隔0.5～0.8m加装码板，能够有效固定上下钢板，抑制焊接时的应力释放，导致变形。间隔过大拘束力不够，间隔过小会增加成本且影响后续焊条焊接。
本发明中焊条焊接参数分为2类：第1道焊接，所用焊条直径为3.2mm，电流为80～90A，电压为22.1～24.3V，焊速为8.5～9.5cm/min；第2道及后续焊接，所用焊条直径为4.0mm，电流为120～130A，电压为24.3～26.6V，焊速为10～11cm/min。第1道焊接的熔合比大、坡口窄，如果采用大电流热输入量大会造成晶粒粗大导致焊缝性能下降，因此第1道电流必须小，采用细直径焊条能够达到减小电流的效果，也能保证脱渣。第2道及后续坡口稍大，可采用粗直径焊条，大电流，但也不宜采用过高的热输入，同时要增加电压保证熔池铺开，提高成型质量。
Claims (10)
1.一种高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：包括坡口加工、预热、组对焊接、根焊缝焊接、填充和盖面焊接；填充和盖面焊接采用的焊条包括下述重量百分比的各组分：C为0.041wt％～0.059wt％，Si为0.42wt％～0.59wt％，Mn为1.17wt％～1.52wt％，Cr为0.03wt％～0.05wt％，Mo为0.008wt％～0.013wt％，Ni为3.12wt％～3.83wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的坡口加工时，开不对称X型坡口，根部留1mm～2mm间隙，大坡口朝向储罐内侧，小坡口朝向储罐外侧。
3.根据权利要求1所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的预热时，采用电加热形式对坡口进行预热，预热温度不低于60℃，温度达到所设定目标后需根据钢板厚度进行保温。
4.根据权利要求3所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的保温时间为2t min，t为钢板厚度，t的单位为mm，2t≤150。
5.根据权利要求1所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的组对焊接时，组对坡口时，在罐体内侧每隔0.5m～0.8m加装码板，在两个码板中间焊接40mm～60mm焊缝。
6.根据权利要求1所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的根焊缝焊接时，采用NB-3J焊接，在组对焊接的两个码板之间，从焊缝两头相向焊接，在中心位置完成作业。
7.根据权利要求6所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的码板为10mm～30mm厚的钢板开槽而成，槽口覆盖焊缝。
8.根据权利要求1所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的填充和盖面焊接时，采用焊条焊方式，在组对焊接的两个码板之间焊接，先进行填充焊接，再进行盖面焊接，外侧焊缝需要清根后再进行焊接。
9.根据权利要求8所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的焊条焊的工艺参数：第1道焊接，所用焊条直径为3.2mm，电流为80A～90A，电压为22.1V～24.3V，焊速为8.5cm/min～9.5cm/min；第2道及后续焊接，所用焊条直径为4.0mm，电流为120A～130A，电压为24.3V～26.6V，焊速为10cm/min～11cm/min。
10.根据权利要求8所述的高断裂韧性液态二氧化碳储罐钢焊条焊接方法，其特征在于：所述的盖面焊接完毕后去除码板。
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