一種海洋工程用鋼板焊接工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種海洋工程用鋼板焊接工藝，步驟包括：1）確認(rèn)被焊鋼板的焊接冷裂紋敏感指數(shù)Pcm和低溫沖擊功KV2滿足要求；2）加工及裝配單面直邊V字型坡口，在坡口背面貼裝圓柱形陶瓷襯墊；3）對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)熱，然后使用實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊焊進(jìn)行打底焊接；4）使用交流埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行填充及蓋面焊接；5）去掉背面陶瓷襯墊，隨后使用交流埋弧自動(dòng)焊焊接一道完成背部蓋面；6）對(duì)焊后鋼板進(jìn)行消氫處理。通過優(yōu)選母材及焊材，合理的坡口設(shè)計(jì)、焊前預(yù)熱、焊接工藝參數(shù)及焊后消氫處理制度，實(shí)現(xiàn)了低溫沖擊韌性優(yōu)良海洋工程用鋼板的優(yōu)質(zhì)、高效焊接。
【專利說(shuō)明】
一種海洋工程用鋼板焊接工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明特種焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種海洋工程用鋼板焊接工藝，采用該工 藝焊接后的接頭處抗低溫性和韌性均好。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著對(duì)海洋油氣資源開發(fā)向極寒海域的不斷拓展，為使油氣開采平臺(tái)能夠承受風(fēng) 暴、潮汐、甚至地震等惡劣環(huán)境下的嚴(yán)苛載荷考驗(yàn)，對(duì)海洋平臺(tái)所用鋼板的低溫韌性要求不 斷提高，對(duì)應(yīng)的，對(duì)-60 °C低溫沖擊功KV2多47J(沖擊功的平均值)的鋼板需求量不斷增加。
[0003] 由于焊接接頭存在冷裂傾向、應(yīng)力集中、焊接熱影響區(qū)組織脆化等不利因素，成為 海洋平臺(tái)上最為薄弱的結(jié)構(gòu)部位。而對(duì)于在低溫海洋環(huán)境中服役的油氣平臺(tái)，焊接接頭是 否具有與母材相當(dāng)?shù)膬?yōu)良低溫韌性，成為決定平臺(tái)服役安全的關(guān)鍵問題。
[0004] 海洋工程用鋼板可通過合理的成分設(shè)計(jì)、TMCP工藝參數(shù)控制、熱處理等多種技術(shù) 手段，來(lái)獲得足夠細(xì)化的晶粒以滿足低溫韌性的需要。而要使焊接接頭具有與母材相當(dāng)?shù)?優(yōu)良焊接低溫韌性，則只能通過合理的焊接工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此一種能在施工現(xiàn)場(chǎng)高效實(shí)施、 并能確保焊接接頭符合要求的接頭焊接工藝成為決定海洋油氣平臺(tái)服役安全的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種海洋工程用鋼板焊接工 藝，該工藝通過母材優(yōu)選、合理的坡口設(shè)計(jì)、焊前預(yù)熱、焊接工藝參數(shù)的合理選擇以及焊后 熱處理等，實(shí)現(xiàn)了可用于惡劣環(huán)境下的鋼板焊接過程，采用的技術(shù)方案是:一種海洋工程用 鋼板焊接工藝，其特征在于:所述焊接工藝包括以下步驟：
[0006] 1)焊接前確認(rèn)待焊鋼板的焊接冷裂敏感指數(shù)Pcm和低溫沖擊功KV2符合要求；
[0007] 2)加工及裝配單邊V字形坡口，并在所述坡口背面貼裝陶瓷襯墊；
[0008] 3)對(duì)待焊鋼板進(jìn)行預(yù)熱；
[0009] 4)采用實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊對(duì)所述坡口進(jìn)行打底焊接；
[0010] 5)使用交流埋弧自動(dòng)焊對(duì)所述坡口進(jìn)行填充和蓋面焊接；
[0011] 6)去掉所述陶瓷襯墊，并用交流埋弧焊自動(dòng)焊焊接完成背面蓋面；
[0012] 7)對(duì)焊接后鋼板進(jìn)行消氫處理。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)特征還有：所述步驟1)中，待焊接鋼板牌號(hào)為FH40，厚度為60~ 80mm，Pcm彡 0 · 22，-60 °CKV2 彡 47 J。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述步驟2)中V字形坡口角度為30°，坡口無(wú)鈍邊，坡口根 部間隙為6mm，反變形角度為4°~5°。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述步驟3)中預(yù)熱溫度為80 °C~100 °C。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述步驟4)中，實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊的焊絲牌號(hào)為 奧林康CARBOFIL Nil，焊絲直徑為cplJmm。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述步驟5)和步驟6)中，所述交流埋弧自動(dòng)焊的線能量 為25~30KJ/cm，焊絲牌號(hào)為神鋼US-36,焊絲直徑為(p4,〇mm ,焊劑牌號(hào)為神鋼P(yáng)F-H55LT， 焊劑用前經(jīng)250°C烘干lh。
[0018] 本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述步驟7)中，消氫處理溫度為150°C，保溫時(shí)間為48h。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述步驟2)中陶瓷襯墊直徑為7_。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：1)預(yù)熱+中等線能量焊接+焊后消氫處理等措施的使用， 有效降低焊接接頭冷裂傾向，并防止焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)晶粒過分長(zhǎng)大，確保焊接熱影 響區(qū)的低溫沖擊韌性滿足母材標(biāo)準(zhǔn)要求，最終實(shí)現(xiàn)低溫韌性優(yōu)良海工鋼的優(yōu)質(zhì)、高效焊接。
[0021] 焊接線能量是影響焊縫和熱影響區(qū)韌性的關(guān)鍵因素。焊接線能量過小，焊縫冷速 快，會(huì)致使焊縫擴(kuò)散氫含量高，以及焊接熱影響區(qū)淬硬，不利于焊接接頭優(yōu)良低溫韌性的獲 得。焊接線能量過大，焊縫冷速過慢，會(huì)致使有益的氧化物或氮化物溶解，焊縫和焊接熱影 響區(qū)晶粒過分長(zhǎng)大，并產(chǎn)生不利韌性的上貝氏體等組織，最終導(dǎo)致焊接接頭低溫韌性不良。 本發(fā)明技術(shù)方案采用25~30KJ/cm中等線能量，在保證較高焊接效率的同時(shí)，更確保焊縫和 焊接熱影響區(qū)的晶粒大小和組織類型滿足優(yōu)良低溫沖擊韌性的要求。焊縫中的擴(kuò)散氫過高 不但會(huì)增加焊接接頭的冷裂傾向，對(duì)接頭的韌性也有不利影響。本發(fā)明技術(shù)方案采用預(yù)熱 和焊后消氫處理措施，有效降低了焊縫中的擴(kuò)散氫含量，進(jìn)一步保證了焊接接頭優(yōu)良低溫 沖擊韌性的獲得。
[0022] 2)小角度、寬根部間隙的單面直邊V字型坡口，并配以適當(dāng)反變形，在減少焊接填 充量的同時(shí)，降低接頭部位拘束度，有助于焊接熱影響優(yōu)良低溫沖擊韌性的獲得。
[0023] 眾所周知，只在鋼板的一面施焊，焊接的道數(shù)越多，鋼板的角變形傾向越大。若采 取剛性拘束措施限制角變形，又會(huì)增大內(nèi)應(yīng)力和冷裂傾向，進(jìn)而對(duì)接頭的低溫沖擊韌性造 成不良影響。本發(fā)明技術(shù)方案采用坡口的橫截面積較傳統(tǒng)不帶直邊的60°V字型坡口大為減 小，可以有效降低焊接道數(shù)。采用6mm的寬根部間隙，有助于埋弧焊填充焊接時(shí)的脫渣和焊 渣清理。在坡口背面貼裝圓柱形陶瓷襯墊，免除了背面碳弧氣刨清根，既提高了焊接效率， 更重要的是避免了碳弧氣刨可能造成的焊接熱影響區(qū)增碳和組織惡化可能，有助于優(yōu)良低 溫沖擊韌性的獲得。配以4~5°的反變形，降低了焊接接頭部位的拘束度，也有助于優(yōu)良低 溫沖擊韌性的獲得。
[0024] 3)采用優(yōu)選的焊材，確保焊縫的強(qiáng)韌性與母材匹配。焊材是確保焊縫強(qiáng)韌性與母 材匹配的根本，同時(shí)焊材的化學(xué)成分也會(huì)對(duì)焊接熱影響區(qū)緊鄰熔合線的部位的成分和性能 造成影響。由于根部焊縫冷速快，熔合比大，因此根部焊縫較填充和蓋面焊縫更易產(chǎn)生對(duì)韌 性不良的淬硬組織，本發(fā)明技術(shù)方案在采用富氬氣體保護(hù)焊進(jìn)行打底焊接，選用奧林康 CARBOFIL Ni 1實(shí)芯焊絲，獲得的打底焊縫氫含量低，低溫沖擊韌性好。采用交流埋弧自動(dòng)焊 焊進(jìn)行填充和蓋面焊接，焊絲牌號(hào)為神鋼US-36,焊劑牌號(hào)為神鋼P(yáng)F-H55LT，在確保高效焊 接的同時(shí)，并最終獲得滿足強(qiáng)度和韌性要求的優(yōu)質(zhì)焊縫。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 附圖1是本發(fā)明中坡口示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明公開了一種海洋工程 用鋼板焊接工藝，其特征在于:所述焊接工藝包括以下步驟：
[0027] 1)焊接前確認(rèn)待焊鋼板的焊接冷裂敏感指數(shù)Pcm和低溫沖擊功KV2符合要求；
[0028] 2)加工及裝配單邊V字形坡口，并在所述坡口背面貼裝陶瓷襯墊；
[0029] 3)對(duì)待焊鋼板進(jìn)行預(yù)熱；
[0030] 4)采用實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊對(duì)所述坡口進(jìn)行打底焊接；
[0031 ] 5)使用交流埋弧自動(dòng)焊對(duì)所述坡口進(jìn)行填充和蓋面焊接；
[0032] 6)去掉所述陶瓷襯墊，并用交流埋弧焊自動(dòng)焊焊接完成背面蓋面；
[0033] 7)對(duì)焊接后鋼板進(jìn)行消氫處理。
[0034] 實(shí)施例1:60mm厚FH40鋼板，交流埋弧自動(dòng)焊線能量25KJ/cm。
[0035] 1)確認(rèn)被焊鋼板的焊接冷裂紋敏感指數(shù)Pcm和低溫沖擊功KV2滿足要求，Pcm彡 0 · 22，-60 °CKV2彡47 J;其中Pcm指數(shù)按照以下公式計(jì)算：
[0036]
[0037] 幻那丄及裝K早囬且辺V子型坂U (囹1)，開在坡口背面貼裝圓柱形陶瓷襯墊，坡 口角度30°，無(wú)鈍邊，坡口根部間隙為6_，反變形角度為5°，陶瓷襯墊的直徑為7_;
[0038] 3)對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100°C。然后使用實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊進(jìn)行打 底焊接，焊絲牌號(hào)為奧林康CARBOFIL Ni 1，焊絲直徑為cpL2mm。保護(hù)氣體為80%Ar+20% C02混合氣，保護(hù)氣體流量18L/Min，焊接電流為160A，焊接電壓為23V，焊接速度為160mm/ Min；
[0039] 4)使用交流埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行填充及蓋面焊接，交流埋弧自動(dòng)焊的線能量25KJ/cm， 焊絲牌號(hào)為神鋼US-36,焊絲直徑為q)4.0mm ,焊劑牌號(hào)為神鋼P(yáng)F-H55LT，焊劑用前經(jīng)250°C 烘干lh，焊接電流為500A，焊接電壓為25V，焊接速度為300mm/Min，層間溫度80°~150° ;
[0040] 5)去掉背面陶瓷襯墊，隨后使用交流埋弧自動(dòng)焊焊接一道完成背部蓋面，交流埋 弧自動(dòng)焊的線能量25KJ/cm，焊絲牌號(hào)為神鋼US-36,焊絲直徑為(p4.0mm ,焊劑牌號(hào)為神鋼 PF-H55LT，焊劑用前經(jīng)250 °C烘干lh，焊接電流為500A，焊接電壓為25V，焊接速度為300mm/ Min，層間溫度80~150° ;
[0041] 6)對(duì)焊后鋼板進(jìn)行消氫處理，消氫處理溫度為150°C，保溫時(shí)間為48h。
[0042] 7)對(duì)焊接接頭進(jìn)行超聲波探傷，探傷結(jié)果達(dá)到GB/T 11345-1989標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的I級(jí)要 求，力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(表1、表2)。
[0043] 實(shí)施例2:80mm厚FH40鋼板，埋弧自動(dòng)焊線能量30KJ/cm。
[0044] 1)確認(rèn)被焊鋼板的焊接冷裂紋敏感指數(shù)Pcm和低溫沖擊功KV2滿足要求，Pcm彡 0 · 22，-60 °CKV2彡47 J;其中Pcm指數(shù)按照以下公式計(jì)算：
[0045]
[0046] 2)加工及裝配單面直邊V字型坡口（圖1 )，并在坡口背面貼裝圓柱形陶瓷襯墊，坡 口角度30°，無(wú)鈍邊，坡口根部間隙為6_，反變形角度為4°，陶瓷襯墊的直徑為7_;
[0047] 3)對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100°C。然后使用實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊進(jìn)行打 底焊接，焊絲牌號(hào)為奧林康CARBOFIL Ni 1，焊絲直徑為q>1.2mm。保護(hù)氣體為80%Ar+20% C02混合氣，保護(hù)氣體流量18L/Min，焊接電流為160A，焊接電壓為23V，焊接速度為160mm/ Min；
[0048] 4)使用交流埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行填充及蓋面焊接，交流埋弧自動(dòng)焊的線能量30KJ/cm， 焊絲牌號(hào)為神鋼US-36,焊絲直徑為(p4,0mm ,焊劑牌號(hào)為神鋼P(yáng)F-H55LT，焊劑用前經(jīng)250°C 烘干lh，焊接電流為600A，焊接電壓為28V，焊接速度為330mm/Min，層間溫度80°~150° ;
[0049] 5)去掉背面陶瓷襯墊，隨后使用交流埋弧自動(dòng)焊焊接一道完成背部蓋面，交流埋 弧自動(dòng)焊的線能量30KJ/cm，焊絲牌號(hào)為神鋼US-36,焊絲直徑為q)4.0mm ,焊劑牌號(hào)為神鋼 PF-H55LT，焊劑用前經(jīng)250 °C烘干lh，焊接電流為600A，焊接電壓為28V，焊接速度為330mm/ Min，層間溫度80°~150° ;
[0050] 6)對(duì)焊后鋼板進(jìn)行消氫處理，消氫處理溫度為150°C，保溫時(shí)間為48h。
[00511 7)對(duì)焊接接頭進(jìn)行超聲波探傷，探傷結(jié)果達(dá)到GB/T 11345-1989標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的I級(jí)要 求，力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(表1、表2)。
[0052]表1焊接接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果(Rm/Mpa)
[0053]
[0054] 表2焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果(_60°CKV2/J)
[0055]
[0056] 注:FL為熔合線，7"后數(shù)值為該組平均值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種海洋工程用鋼板焊接工藝，其特征在于:所述焊接工藝包括以下步驟： 1) 焊接前確認(rèn)待焊鋼板的焊接冷裂敏感指數(shù)Pcm和低溫沖擊功KV2符合要求； 2) 加工及裝配單邊V字形坡口，并在所述坡口背面貼裝陶瓷襯墊； 3) 對(duì)待焊鋼板進(jìn)行預(yù)熱； 4) 采用實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊對(duì)所述坡口進(jìn)行打底焊接； 5) 使用交流埋弧自動(dòng)焊對(duì)所述坡口進(jìn)行填充和蓋面焊接； 6) 去掉所述陶瓷襯墊，并用交流埋弧焊自動(dòng)焊焊接完成背面蓋面； 7) 對(duì)焊接后鋼板進(jìn)行消氫處理。2. 按照權(quán)利要求1所述的焊接工藝，其特征在于：所述步驟1)中，待焊接鋼板牌號(hào)為 ?財(cái)0，厚度為60~80臟，卩〇11彡0.22，-60。(：1^2彡47了。3. 按照權(quán)利要求1所述的焊接工藝，其特征在于:所述步驟2)中V字形坡口角度為30°， 坡口無(wú)鈍邊，坡口根部間隙為6mm，反變形角度為4°~5°。4. 按照權(quán)利要求1所述的焊接工藝，其特征在于:所述步驟3)中預(yù)熱溫度為80°C~100 Γ。5. 按照權(quán)利要求1所述的焊接工藝，其特征在于:所述步驟4)中，實(shí)芯焊絲富氬氣體保 護(hù)焊的焊絲牌號(hào)為奧林康CARBOFIL Nil，焊絲直徑為φ1.2ηηη%6. 按照權(quán)利要求1所述的焊接工藝，其特征在于:所述步驟5)和步驟6)中，所述交流埋 弧自動(dòng)焊的線能量為25~30KJ/cm，焊絲牌號(hào)為神鋼US-36,焊絲直徑為cp4.0mm ,焊劑牌號(hào) 為神鋼P(yáng)F-H55LT，焊劑用前經(jīng)250°C烘干lh。7. 按照權(quán)利要求1所述的焊接工藝，其特征在于:所述步驟7)中，消氫處理溫度為150 °C，保溫時(shí)間為48h。8. 按照權(quán)利要求1所述的焊接工藝，其特征在于:所述步驟2)中陶瓷襯墊直徑為7_。
【文檔編號(hào)】B23K9/16GK105945403SQ201610444097
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】李敏, 徐洪慶, 李旺生, 王煥洋, 朱延山, 王南輝
【申請(qǐng)人】山東鋼鐵股份有限公司