CN117817082A - 一种lng船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法及lng船 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法及LNG船。所述方法包括：S1、将高锰钢进行拼接，并处理对接处的坡口；S2、匹配焊接材料；焊接材料选用与母材匹配的埋弧焊焊丝或者焊剂；S3、装配引熄弧板，所述引熄弧板与高锰钢钢板平齐设置，且无间隙，引熄弧板设置与主焊缝同等的坡口；S4、采用匹配的药芯焊丝及预定焊接参数进行焊接。本申请采用埋弧焊焊接工艺，并结合合理的坡口设计、合理的焊接工艺参数、焊接材料、层间温度控制、操作方法等保证焊接接头性能和表面焊缝成型。
Description
技术领域
本申请涉及船舶建造技术领域，具体而言，涉及一种LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法及LNG船。
背景技术
近年来，液化天然气(LiquefiedNaturalGas，简称LNG)船与LNG动力船等船舶需求稳步增长，LNG船主要装载运营的液货为液化天然气液罐，液化天然气的主要成分是甲烷。液化天然气存储需要低温存储，设计工作温度-169℃，液货舱可选用MARKⅢ、MOSS、C型罐等多种设计形式，可采用殷瓦钢、304不锈钢、铝合金、高锰钢等作为液货舱建造使用材料。
高锰钢的价格相对Ni钢较低、高锰钢钢板成本不到Ni钢成本的30％，高锰钢焊材成本不到Ni钢匹配镍基焊材的10％。另外，Mn元素在地球上的储量非常丰富，性能相对Ni钢更具有优势，高锰钢是制作LNG燃料存储罐的理想材料。高锰钢在-196℃条件下具有良好的冲击韧性，可以替代目前广泛使用的超低温金属，如9Ni，5Ni、不锈钢等。高锰钢C、Mn、Cr、Ni等含量较高，焊接过程中要保证钢板良好的综合性能。
但是，焊接过程难度非常大，焊接接头还容易发生断裂问题。在加工制造过程中，如果切割方法、焊接方法、焊接参数选择不当，就会导致钢体出现裂纹，技术不成熟还会造成大量原材料浪费。
具体的，高锰钢具有良好的低温冲击韧性及综合性能，当高锰钢加热到300℃时，原溶解到奥氏体金属中的碳就会从奥氏体晶粒内向晶界析出，并聚集在晶界形成碳化物，破坏奥氏体组织的完整性，使高锰钢脆化力学性能大幅度下降，导致高锰钢热影响区产生裂纹；高锰钢的线膨胀系数为纯铁钢的1.5倍，是碳素钢的2倍，体积收缩率和线膨胀系数较大，焊接过程中容易出现应力产生焊接变形；焊接材料熔敷金属中合金元素高，熔池流动性差，滞留在焊缝中或未得到稀释，易产生夹渣、气孔、裂纹等缺陷。
综上所述，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法及LNG船，其能够保证焊接接头性能和表面焊缝成型。
第一方面，提供了一种LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，包括以下步骤：
S1、将高锰钢进行拼接，并处理对接处的坡口；
S2、匹配焊接材料；焊接材料选用与母材匹配的埋弧焊焊丝或者焊剂；
S3、装配引熄弧板，所述引熄弧板与高锰钢钢板平齐设置，且无间隙，引熄弧板设置与主焊缝同等的坡口；
S4、采用匹配的药芯焊丝及预定焊接参数进行焊接。
在一种可实施的方式中，在步骤S1中，所述坡口的根部间隙C为0-1mm，留根P为3-5mm；所述坡口角度α为55°-65°。
在一种可实施的方式中，所述埋弧焊焊丝选用SRSF40Mn，所述埋弧焊焊丝的直径为3.2mm-4.0mm，所述焊剂选用碱性烧结焊剂SJ206。
在一种可实施的方式中，所述引熄弧板的材质与母材一致，均为高锰钢，所述引熄弧板的厚度与母材一致；所述引熄弧板的长度大于等于150mm，所述引熄弧板的宽度大于等于150mm。
在一种可实施的方式中，在步骤S3中，还包括以下内容：对坡口进行打磨清理，在所述坡口两侧使用氧乙炔进行加热。
在一种可实施的方式中，在步骤S4中，还包括以下内容：在焊接前，使用焊接小车进行空程行驶，根据空程行驶结果调整焊枪角度及红外装置。
在一种可实施的方式中，所述预定焊接参数至少包括：采用直流正极性焊接；
先采用多层多道焊进行正面坡口焊接，至少包括正面打底层、正面填充焊和正面盖面焊；在正面坡口完全焊接结束后，进行反面处理，反面采用碳弧气刨清根，碳刨处打磨光顺后，再进行反面多层多道焊接。
在一种可实施的方式中，正面打底层焊接电流为：300-390A，正面打底层焊接电压为：28-30V，正面打底层小车行进速度：40-45cm/min；正面填充焊和正面盖面焊的焊接电流为：400-450A，正面填充焊和正面盖面焊的焊接电压为：30-32V，正面填充焊和正面盖面焊的小车行进速度：45-50cm/min；
反面填充焊和反面盖面焊的焊接电流为：400-450A，反面填充焊和反面盖面焊的焊接电压为：30-32V，反面填充焊和反面盖面焊的小车行进速度：45-50cm/min；
在碳弧气刨清根时，碳刨深度h需满足：1/3t小于等于h小于等于1/2t，碳刨截面为U型，并且碳刨宽度b与碳刨深度h需满足：b/h≥1；
在进行多层多道焊时，层间温度小于等于100℃。
在一种可实施的方式中，在步骤S4之后，还包括以下内容：
在焊接结束48小时后，进行无损检测。所述无损检测至少包括：着色检测、超声波检测、射线检测。
根据本申请的第二方面，还提供了一种LNG船，所述LNG船至少包括液罐，所述液罐使用第一方面提供的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法进行焊接。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
在本申请的技术方案中，采用埋弧焊焊接工艺，并结合合理的坡口设计、合理的焊接工艺参数、焊接材料、层间温度控制、操作方法等保证焊接接头性能和表面焊缝成型。
通过合理的坡口设计、焊接参数、焊接材料、焊接操作方法、层间温度控制等保证了焊缝内部质量、接头性能。
通过采用埋弧焊焊接工艺进行焊接，埋弧焊相对CO2气体保护焊和焊条电弧焊焊接效率高，焊接质量稳定，可用在液货舱制作过程中平直拼板，但焊接热输入大，通过焊接参数尽可能把焊接热输入造成的脆化程度降低到最小以保证焊接接头性能。
通过采用埋弧焊双面焊反面碳刨清根控制焊接变形，控制焊接变形。以使焊缝成型更加美观，无需打磨，焊接效率相对CO2气体保护焊提升3-5倍。
通过采用不含铁的专用砂轮片进行层间打磨，避免焊接过程中与碳钢接触。
通过铝箔纸或其它防护措施对焊缝进行保护，避免与碳钢接触，保证焊缝质量。
附图说明
图1是本发明实施例的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法的流程图。
图2是本发明实施例的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法中，坡口的结构示意图。
图3是本发明实施例的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法中，正面坡口焊接的焊道结构示意图。
图4是本发明实施例的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法中，反面碳刨的结构示意图。
图5是本发明实施例的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法中，反面坡口焊道布置的结构示意图。
图6是本发明实施例的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法中，埋弧焊焊接接头宏观金相结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本申请的第一方面，参见图1至图6，首先提供一种LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，包括以下步骤：
S1、将高锰钢钢板作为母材进行拼接，且对对接处的坡口进行处理；
需要说明的是，高锰钢钢板屈服及抗拉实测分别650Mpa和900Mpa左右，焊缝熔敷金属本身强度较低，焊接接头理化试验，横向弯曲从焊缝中心位置容易弯断。高锰钢钢板的交货状态要求为正火，化学成分如表1所示。
表1高锰钢钢板的化学成分(％)
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | Cu |
| 0.42-0.45 | 0.18-0.19 | 24-25 | ＜0.005 | 0.004-0.017 | 3.5-4.2 | ＜0.02 | 0.2-0.4 | 0.3-0.4 |
在一种可实施的方式中，高锰钢钢板的板厚t为8-20mm。
在一种可实施的方式中，在步骤S1中，如图2所示，所述坡口的根部间隙C为0-1mm，留根P为3-5mm。
在一种可实施的方式中，如图2所示，坡口角度α为55°-65°，以保证焊接质量。坡口角度过小时，金属流动性差，容易产生气孔，并且成型较差；坡口角度过大时，填充量多焊接变形大。
需要说明的是，坡口采用机加工切割方法，保证坡口平直度和质量，严禁火焰切割。
S2、匹配焊接材料；焊接材料选用与母材匹配的埋弧焊焊丝或者焊剂。
本实施例中，埋弧焊焊丝选用SRSF40Mn，埋弧焊焊丝的直径为3.2mm-4.0mm，具有焊接性能优良、抗裂纹敏感性能佳、低温韧性好等特点。焊丝的化学成分如表2所示。焊剂选用SJ206，碱性烧结焊剂的组成成分如表3所
表2焊丝熔敷金属化学成分(％)
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | Cu |
| 0.43-0.53 | 0.15-0.5 | 25-35 | ＜0.005 | ＜0.004 | 0.28-0.4 | 0.3-0.5 | 5-7 | 0.06-0.07 |
表3碱性烧结焊剂的组成成分(％)
| SiO2+TiO2 | CaO+MgO | Al2O3+MnO | CaF2 |
| 20-30 | 10-20 | 30-50 | 20-30 |
S3、装配引熄弧板，所述引熄弧板与高锰钢钢板平齐设置，且无间隙，引熄弧板设置与主焊缝同等的坡口。
具体的，所述引熄弧板的材质与母材一致，均为高锰钢，所述引熄弧板的厚度与母材一致。
在一种可实施的方式中，所述引熄弧板的长度大于等于150mm，所述引熄弧板的宽度大于等于150mm。
在一种可实施的方式中，在步骤S3中，还包括以下内容：对坡口进行打磨清理。
具体的，打磨清理坡口的内表面以及坡口的外表面，坡口外表面的30mm范围内均需打磨清理。采用不含铁的砂轮打磨片打磨干净，去除油污、锈、水垢和其它对焊接有害的物质。
在试板的坡口两侧使用氧乙炔进行适当的加热，以去除钢板表面的水汽。
S4、采用匹配的药芯焊丝及预定焊接参数进行焊接。
本实施例中，采用埋弧自动焊焊机，使用直径为3.2mm的高锰钢焊丝配合碱性烧结焊剂进行埋弧焊焊接，将经过300℃-350℃×2h烘焙的颗粒状碱性烧结焊剂放入漏斗中。焊丝干伸长20-25mm。
在一种可实施的方式中，在步骤S4中，还包括：在焊接前，调整焊枪角度及红外装置，使用焊接小车进行空程行驶，为焊枪角度及红外装置提供调节依据，保证正式焊接不偏焊。
需要说明的是，焊接过程中焊丝焊剂均自动送进，焊剂需人工回收。
在一种可实施的方式中，所述预定焊接参数至少包括：采用直流正极性焊接。先采用多层多道焊进行正面坡口焊接，多层多道焊包括打底焊、填充焊和盖面焊。正面坡口焊接顺序，如图3所示。在正面坡口完全焊接结束后，继续反面处理，反面采用碳弧气刨清根，如图4所示，碳刨处打磨光顺后，再进行多层多道焊接。反面坡口焊道布置如图5所示。
在一种可实施的方式中，正面打底层焊接电流为：300-390A，正面打底层焊接电压为：28-30V，正面打底层小车行进速度：40-45cm/min。正面填充焊和正面盖面焊的焊接电流为：400-450A，正面填充焊和正面盖面焊的焊接电压为：30-32V，正面填充焊和正面盖面焊的小车行进速度：45-50cm/min。
需要说明的是，层间温度控制小于等于100℃，每层每道清理焊渣，采用专用砂轮片打磨焊道。
在一种可实施的方式中，如图4所示，在碳弧气刨清根时的碳刨深度h需满足：1/3t小于等于h小于等于1/2t，碳刨截面为U型，并且碳刨宽度b与碳刨深度h需满足：b/h≥1。
在一种可实施的方式中，反面填充焊和反面盖面焊的焊接电流为：400-450A，反面填充焊和反面盖面焊的焊接电压为：30-32V，反面填充焊和反面盖面焊的小车行进速度：45-50cm/min。层间温度控制小于等于100℃，每层每道清理焊渣。
需要说明的是，在焊接过程中需做好清洁防护，避免母材与碳钢接触，层道间打磨必须采用不含铁的专用砂轮片。在焊接结束后，焊缝需采用铝箔纸或其它防护措施保护好焊缝，严禁与碳钢接触。焊接变形严禁采用火工矫正。
还需要说明的是，在步骤S4之后，还包括以下内容：
在焊接结束48小时后，进行无损检测。所述无损检测至少包括：着色检测、超声波检测、射线检测。
具体的，着色检测的检测结果满足ISO-58178合格等级；超声波检测的检测结果满足ISO-5817合格等级；射线检测的检测结果ISO-58178合格等级。
本实施例中，焊接完成的焊缝成形良好，整体外观平整光洁，焊缝表面通过着色检测的最终检测结果满足ISO-5817的B等级要求；焊缝内部超声波检测的检测结果满足ISO-5817的B等级要求；射线检测的检测结果满足ISO-5817的B等级要求。接头拉伸、弯曲实验合格，宏观金相热影响区均未发现未熔合、气孔、夹杂等缺陷，宏观照片如图6所示。低温-196℃冲击满足船级社规范要求，维氏硬度HV10检测数值小于等于350满足要求。
根据本申请的第二方面，还提供了一种LNG船，所述LNG船至少包括液罐，所述液罐使用第一方面提供的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法进行焊接。
综上所述，焊接参数和焊接材料的选择直接影响焊缝接头性能，热输入影响焊缝接头脆化程度及焊缝成型，焊接过程中层间温度过高不仅会引起晶粒粗大，增加钢板脆性，同时也会烧掉锰元素，降低钢材整体性能。
本申请采用埋弧焊焊接工艺，并结合合理的坡口设计、合理的焊接工艺参数、焊接材料、层间温度控制、操作方法等保证焊接接头性能和表面焊缝成型。
通过合理的坡口设计、焊接参数、焊接材料、焊接操作方法、层间温度控制等保证了焊缝内部质量、接头性能。
通过采用埋弧焊焊接工艺进行焊接，埋弧焊相对CO2气体保护焊和焊条电弧焊焊接效率高，焊接质量稳定，可用在液货舱制作过程中平直拼板，但焊接热输入大，通过焊接参数尽可能把焊接热输入造成的脆化程度降低到最小以保证焊接接头性能。
采用埋弧焊双面焊反面碳刨清根控制焊接变形，控制焊接变形。以使焊缝成型更加美观，无需打磨，焊接效率相对CO2气体保护焊提升3-5倍。
通过采用不含铁的专用砂轮片进行层间打磨，避免焊接过程中与碳钢接触。
通过铝箔纸或其它防护措施对焊缝进行保护，避免与碳钢接触。
本申请为高锰钢高效焊及高锰钢的深入研究及工程应用积累数据和技术资料，提前做好技术储备工作，打破对韩国高锰钢在LNG船应用的技术垄断，进一步巩固、提高江南厂在液化气船建造领域的领先竞争力，填补了国内高锰钢在C型舱B型舱研发首次到实船应用的空白。并为公司降本增效提供切实可行的途径，提高我公司在后续建造高技术、高质量大型LNG液化气船的国际竞争力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将高锰钢进行拼接，并处理对接处的坡口；
S2、匹配焊接材料；焊接材料选用与母材匹配的埋弧焊焊丝或者焊剂；
S3、装配引熄弧板，所述引熄弧板与高锰钢钢板平齐设置，且无间隙，引熄弧板设置与主焊缝同等的坡口；
S4、采用匹配的药芯焊丝及预定焊接参数进行焊接。
2.根据权利要求1所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，在步骤S1中，所述坡口的根部间隙C为0-1mm，留根P为3-5mm；所述坡口角度α为55°-65°。
3.根据权利要求1所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述埋弧焊焊丝选用SRSF40Mn，所述埋弧焊焊丝的直径为3.2mm-4.0mm，所述焊剂选用碱性烧结焊剂SJ206。
4.根据权利要求1所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述引熄弧板的材质与母材一致，均为高锰钢，所述引熄弧板的厚度与母材一致；所述引熄弧板的长度大于等于150mm，所述引熄弧板的宽度大于等于150mm。
5.根据权利要求1所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，在步骤S3中，还包括以下内容：对坡口进行打磨清理，在所述坡口两侧使用氧乙炔进行加热。
6.根据权利要求1所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，在步骤S4中，还包括以下内容：在焊接前，使用焊接小车进行空程行驶，根据空程行驶结果调整焊枪角度及红外装置。
7.根据权利要求1所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述预定焊接参数至少包括：采用直流正极性焊接；
先采用多层多道焊进行正面坡口焊接，至少包括正面打底层、正面填充焊和正面盖面焊；在正面坡口完全焊接结束后，进行反面处理，反面采用碳弧气刨清根，碳刨处打磨光顺后，再进行反面多层多道焊接。
8.根据权利要求7所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，正面打底层焊接电流为：300-390A，正面打底层焊接电压为：28-30V，正面打底层小车行进速度：40-45cm/min；正面填充焊和正面盖面焊的焊接电流为：400-450A，正面填充焊和正面盖面焊的焊接电压为：30-32V，正面填充焊和正面盖面焊的小车行进速度：45-50cm/min；
反面填充焊和反面盖面焊的焊接电流为：400-450A，反面填充焊和反面盖面焊的焊接电压为：30-32V，反面填充焊和反面盖面焊的小车行进速度：45-50cm/min；
在碳弧气刨清根时，碳刨深度h需满足：1/3t小于等于h小于等于1/2t，碳刨截面为U型，并且碳刨宽度b与碳刨深度h需满足：b/h≥1；
在进行多层多道焊时，层间温度小于等于100℃。
9.根据权利要求1所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法，其特征在于，在步骤S4之后，还包括以下内容：
在焊接结束48小时后，进行无损检测；所述无损检测至少包括：着色检测、超声波检测、射线检测。
10.一种LNG船，所述LNG船至少包括液罐，其特征在于，所述液罐使用权利要求1至9中任一项所述的LNG船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法进行焊接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410212455.3A CN117817082A (zh) | 2024-02-27 | 2024-02-27 | 一种lng船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法及lng船 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410212455.3A CN117817082A (zh) | 2024-02-27 | 2024-02-27 | 一种lng船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法及lng船 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117817082A true CN117817082A (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=90513624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410212455.3A Pending CN117817082A (zh) | 2024-02-27 | 2024-02-27 | 一种lng船液罐用高锰钢埋弧焊焊接方法及lng船 |
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-
2024
- 2024-02-27 CN CN202410212455.3A patent/CN117817082A/zh active Pending
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