專利名稱：一種低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，具體說涉及一種低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝 方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著海洋石油開發(fā)不斷向寒冷海域和深海發(fā)展，國內(nèi)E36厚鋼板的應(yīng)用在 海工造船行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，對焊接產(chǎn)品的適用溫度也越來越低，傳統(tǒng)的厚板焊接過 程中，焊接接頭易產(chǎn)生較多殘余應(yīng)力，影響焊縫的性能，為消除焊后殘余應(yīng)力，常用工藝方 法是對焊縫進(jìn)行焊后熱處理，但焊后熱處理消耗大量人力、物力、而且工期長，成本高；按照 標(biāo)準(zhǔn)若焊縫通過CTOD試驗，可免除焊后熱處理工藝，但目前對于35-77mm厚E36鋼板焊縫 通過CTOD試驗的工藝只能覆蓋_22°C以上的工作環(huán)境，對于工作環(huán)境溫度_22°C以下的焊 縫，免除熱處理工藝還沒有具體得到生產(chǎn)應(yīng)用，需對焊縫進(jìn)行熱處理，極大的增加了焊接生 產(chǎn)成本；可見，對厚鋼板焊接接頭來說，更為可取的方法是通過選擇恰當(dāng)?shù)暮附硬牧稀⒑附?方法，調(diào)整優(yōu)化焊接工藝，來保證焊接接頭的韌度，以免除焊后熱處理工序，而現(xiàn)有的焊接 工藝無法兼顧焊接接頭良好的性能和經(jīng)濟(jì)性，特進(jìn)行一種低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧 焊的工藝方法的創(chuàng)新，所以，上述大厚鋼板焊縫進(jìn)行焊后熱處理不能滿足要求，很有必要對 此進(jìn)一步加強(qiáng)改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有大厚鋼板焊縫需進(jìn)行焊后熱處理造成生產(chǎn)成本提高 的不足，提供一種適用于低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法是選擇合適的焊 接方法，焊接材料，采用合理的焊接規(guī)范，嚴(yán)格控制焊接過程，無需進(jìn)行焊后熱處理，得到性 能優(yōu)良的焊接接頭，通過-30°C溫度下的CTOD試驗，得到良好的試驗效果，在-30°C工作溫 度以上的35-77mm的E36級厚板可以完全采用此工藝，免除對焊縫進(jìn)行焊后熱處理，提高生 產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法，其特征是包括以下步驟a)、焊接方法和焊接材料的選擇；b)、焊接次序；C)、焊接工藝參數(shù)的選擇；具體工 藝方法步驟如下a)、焊接方法和焊接材料的選擇打底焊接方法選用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù) 焊“FCAW-G”，焊接材料選用LW-SlNil ；填充及蓋面焊接方法選用埋弧自動焊“SAW”，焊絲選 用L-S3，焊劑選用8500匹配焊接；b)、焊接次序工藝方法步驟如下采用FCAW-G進(jìn)行打底，SAff進(jìn)行填充和蓋面； 母材35-77mm厚的E36板材第一面“大坡口面”焊至坡口厚度的三分之二后停下，進(jìn)行背部 清根把坡口擴(kuò)成U型或者半U型，清根方式為碳弧氣刨后使用砂輪機(jī)打磨；使用埋弧自動焊 開始并完成第二面焊接，后再翻轉(zhuǎn)過來使用埋弧自動焊完成第一面焊接；焊接完成后，經(jīng)過48小時進(jìn)行無損探傷“由于板厚較厚，進(jìn)行磁粉探傷和超聲波探傷”，對試件進(jìn)行加工，進(jìn)行 力學(xué)性能試驗和CTOD試驗進(jìn)行驗證，既得本發(fā)明低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工 藝方法。C)、焊接工藝參數(shù)的選擇；FCAW-G焊絲直徑Φ = 1. 2mm ；埋弧焊焊絲直徑Φ =4mm ；預(yù)熱及層間溫度110 V -220 V ；FCAff-G焊接電流170-250A ；FCAff-G焊接電壓 24-28V ；FCAW-G焊接速度 154_337mm/min ；FCAW-G焊接熱輸入0. 9-2. 4KJ/mm ；SAW焊接電流 460-650A ；SAW 焊接電壓 24-33V ； SAW 焊接速度 360-729mm/min ；SAW 焊接熱輸入 1. 2-3. 2KJ/ mm ；所述的母材35-77mm厚的E36板材焊接接頭通過_22°C -_30°C溫度下的CTOD實驗所得 CTOD特征值不小0. 35mm ；所述的預(yù)熱及層間溫度為110°C _220°C;所述的SAW焊接熱輸入 為1· 2-3. 2KJ/mm。本發(fā)明的優(yōu)點是1、焊接方法采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行打底，適用現(xiàn)場坡口形式多變的情況； 埋弧自動焊進(jìn)行填充并蓋面，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度。2、接頭第一面焊接至三分之二后，完成另一面的焊接，之后再完成第一面的焊接， 可降低變形程度和焊縫中的應(yīng)力集中。3、進(jìn)行了 0°C，-22°C，-3(TC三個溫度的CTOD試驗，填補(bǔ)了海工造船行業(yè)E36級厚 鋼板CTOD試驗-22°C以下的空白，環(huán)境溫度-30°C以上的E36級厚板可以完全采用此工藝 焊接，而不需要對焊縫進(jìn)行焊后熱處理，節(jié)省了人力物力，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，節(jié) 能環(huán)保，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


圖1是本發(fā)明“X”型坡口示意圖；圖2是本發(fā)明“K”型坡口示意圖。圖3是本發(fā)明焊縫的斷口宏觀形貌部分試樣示意圖；圖4是本發(fā)明熱影響斷口宏觀形貌部分試樣示意圖；圖5是本發(fā)明預(yù)制有效裂紋部分試樣示意圖；下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
具體實施例方式1)、焊接方法及焊接材料的選擇；打底焊接方法選用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù) 焊(FCAW-G)，焊接材料選用LW-SlNil ；填充及蓋面焊接方法選用埋弧自動焊(SAW)，焊絲選 用L-S3，焊劑選用8500匹配焊接；2)采用FCAW-G進(jìn)行打底，SAff進(jìn)行填充和蓋面；母材第一面(大坡口面)焊至坡 口厚度的三分之二后停下，進(jìn)行背部清根把坡口擴(kuò)成U型或者半U型，清根方式為碳弧氣刨 后使用砂輪機(jī)打磨；使用埋弧自動焊開始并完成第二面焊接，后再翻轉(zhuǎn)過來使用埋弧自動 焊完成第一面焊接。3)焊接整個過程中，嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)工藝參數(shù)進(jìn)行，焊接工藝參數(shù)詳情參見表14)焊接完成后，經(jīng)過48小時進(jìn)行無損探傷(由于板厚較厚，進(jìn)行磁粉探傷和超聲 波探傷)，對試件進(jìn)行加工，進(jìn)行力學(xué)性能試驗和CTOD試驗進(jìn)行驗證，既得本發(fā)明低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法。實施例參照附圖1-圖5，本工藝選用母材為70mm厚的E36鋼板，選取X型和K型 坡口進(jìn)行施焊，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行打底，埋弧自動焊方法進(jìn)行填充和蓋面，焊接 過程中當(dāng)焊至大坡口厚度的三分之二后停下，進(jìn)行背部清根并開始另一面焊接，完成小坡 口焊縫，之后再完成大坡口面焊接；焊接過程中嚴(yán)格控制焊接的層間溫度，嚴(yán)格控制焊接電 壓、電流、焊接速度等參數(shù)，得到合適熱輸入量。焊接材料選取美國林肯公司生產(chǎn)的LW-SlNi和Lincoln L_S3 (8500)，焊機(jī)采用美 國林肯公司的單絲埋弧焊機(jī)。焊材采用直徑Φ1. 2的藥芯焊絲LW-SlNil打底，采用直徑 Φ 4. 0的埋弧焊絲L-S3，配用焊劑為8500進(jìn)行填充和蓋面，具體焊接工藝如下1.下料2.對焊工進(jìn)行培訓(xùn)。培訓(xùn)過程中的參數(shù)要仔細(xì)調(diào)整并記錄3.組對加工試板回來后檢驗尺寸合格后進(jìn)行試件裝配(加上足夠厚的馬板及較長的引 弧板)裝配好后再次檢查試板裝配尺寸是否合格。引弧板長140mm，厚度與母材等厚4.試板組對好后，通知第三方并進(jìn)行第一面焊接.焊接過程嚴(yán)格注意并控制；5. 一面焊至坡口厚度的三分之二后停下，直至其冷卻至30°C左右后，卸掉馬板， 氣刨到一定的深度，再進(jìn)行打磨，并把坡口擴(kuò)成U型或者半U型，在氣刨和打磨K型坡口時， 一定要注意盡量保持直邊的完整性；6.進(jìn)行第二面的焊接。焊接第二面，注意的事項與第一面焊類似；7.第二面焊接完成后，再翻轉(zhuǎn)過來焊第一面直至完成；8.焊后經(jīng)過48小時以后進(jìn)行無損探傷，由于板厚較厚，進(jìn)行磁粉探傷和超聲波探 傷；9.機(jī)械性能試驗試件加工，進(jìn)行力學(xué)性能試驗和CTOD試驗。工藝技術(shù)參數(shù)及實驗結(jié)果1.焊接工藝參數(shù)表1焊接工藝參數(shù) 2.力學(xué)性能試驗結(jié)果數(shù)據(jù)見表2，表3，表4表2橫向拉伸試驗 表3全焊縫拉伸試驗 表4-40°C下10mm*10mm夏比V型缺口沖擊試驗 3. CTOD試驗結(jié)果見表5，表6，表7 表5CT0D 實驗結(jié)果(0°C ) 表6CT0D 實驗結(jié)果(-22 °C ) 表7CT0D 實驗結(jié)果(_30°C ) 本工藝方法采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊FCAW-G打底，埋弧焊填充蓋面，對X型坡口 和K型坡口各焊接了兩個試樣，F(xiàn)CAW-G兩層焊道，防止了埋弧焊時因電流過大燒穿的問題， 填充蓋面采用埋弧焊，改善了焊工的工作環(huán)境，而且焊接效率高，質(zhì)量高，操作方便，成本低 的特點。在具體工藝控制上，主要對一下幾點進(jìn)行控制(1)對溫度的控制。工藝過程中，預(yù)熱和層間溫度控制在110°C -220°C，從根本上 控制了焊縫冷卻速度過快，和溫度過高造成的焊縫韌性變差的問題。(2)對電流、電壓和焊接速度的控制，使線能量總體分布在1. 2KJ/mm-3. 2KJ/mm之 間，保證焊接接頭的強(qiáng)韌性達(dá)到最佳狀態(tài)。(3)接頭第一面焊接至三分之二后，完成另一面的焊接，之后再完成第一面的焊 接，可降低變形程度和焊縫中的應(yīng)力集中。(4)在開發(fā)研制過程中，始終以工業(yè)生產(chǎn)為目標(biāo)，力求工藝先進(jìn)合理、易于操作、生 產(chǎn)實用、焊接材料及設(shè)備容易獲得。a)工藝用母材用量大本工藝所用母材為舞陽鋼鐵廠生產(chǎn)的E36，屬于高強(qiáng)度鋼， 在海洋工程、造船等行業(yè)有著極廣的應(yīng)用，本工藝的開發(fā)對與E36厚板的焊接，特別是適用 于低溫工作環(huán)境的焊接接頭有著重要的意義。b)焊接材料和設(shè)備焊接材料用LW_81Nil和L_S3 (8500)，F(xiàn)CAff-G設(shè)備用唐山開 元焊機(jī)，SAW用林肯公司生產(chǎn)的埋弧焊機(jī)，焊機(jī)性能穩(wěn)定，性價比高。
權(quán)利要求
一種低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法，其特征是包括以下步驟a)、焊接方法和焊接材料的選擇；b)、焊接次序；c)、焊接工藝參數(shù)的選擇；具體工藝方法步驟如下a)、焊接方法和焊接材料的選擇打底焊接方法選用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊“FCAW-G”，焊接材料選用LW-81Ni1；填充及蓋面焊接方法選用埋弧自動焊“SAW”，焊絲選用L-S3，焊劑選用8500匹配焊接；b)、焊接次序工藝方法步驟如下采用FCAW-G進(jìn)行打底，SAW進(jìn)行填充和蓋面；母材35-77mm厚的E36板材第一面“大坡口面”焊至坡口厚度的三分之二后停下，進(jìn)行背部清根把坡口擴(kuò)成U型或者半U型，清根方式為碳弧氣刨后使用砂輪機(jī)打磨；使用埋弧自動焊開始并完成第二面焊接，后再翻轉(zhuǎn)過來使用埋弧自動焊完成第一面焊接；焊接完成后，經(jīng)過48小時進(jìn)行無損探傷“由于板厚較厚，進(jìn)行磁粉探傷和超聲波探傷”，對試件進(jìn)行加工，進(jìn)行力學(xué)性能試驗和CTOD試驗進(jìn)行驗證，既得本發(fā)明低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法；c)、焊接工藝參數(shù)的選擇；FCAW-G焊絲直徑Φ＝1.2mm；埋弧焊焊絲直徑Φ＝4mm；預(yù)熱及層間溫度110℃-220℃；FCAW-G焊接電流170-250A；FCAW-G焊接電壓24-28V；FCAW-G焊接速度154-337mm/min；FCAW-G焊接熱輸入0.9-2.4KJ/mm；SAW焊接電流460-650A；SAW焊接電壓24-33V；SAW焊接速度360-729mm/min；SAW焊接熱輸入1.2-3.2KJ/mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法，其特征 是所述的母材35-77mm厚的E36板材焊接接頭通過-22°C -30°C溫度下的CTOD實驗所得 CTOD特征值不小0. 35mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法，其特征 是所述的預(yù)熱及層間溫度為110°C -220°c。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法，其特征 是所述的SAW焊接熱輸入為1. 2-3. 2KJ/mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，具體說涉及一種適用于低溫環(huán)境海洋工程大厚鋼板埋弧焊的工藝方法，包括焊接方法及焊接材料的選擇，焊接次序、焊接過程對各焊接工藝參數(shù)的選擇與控制，本發(fā)明是采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行打底，埋弧自動焊方法進(jìn)行填充和蓋面，焊接過程中當(dāng)焊至大坡口厚度的三分之二后停下，進(jìn)行背部清根并開始并完成另一面焊接，最后完成第一面焊縫，焊接過程中嚴(yán)格控制焊接的各相關(guān)工藝參數(shù)，解決了焊縫冷卻速度過快和溫度過高造成的焊縫及熱影響區(qū)抗裂韌性變差的問題，不需進(jìn)行焊后熱處理也能保證焊縫接頭良好的抗裂韌性，可以滿足工作環(huán)境溫度-30℃以上35-77mm厚E36板材的焊接，簡化生產(chǎn)流程，縮短生產(chǎn)周期，降低成本。
文檔編號B23K9/18GK101879645SQ201010217570
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者宋順, 樊銘林, 王新昌, 程尚華, 賈曉燕, 高衛(wèi)東 申請人:蓬萊巨濤海洋工程重工有限公司