專利名稱：一種80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵材料焊接領(lǐng)域，特別是涉及一種焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊焊接工藝。
背景技術(shù)：
隨著全球石油天然氣能源需求的急劇增長、陸地資源日益枯竭和開采的難度日益加大，廣闊的海洋已經(jīng)成為全球石油天然氣資源開采新的增長點(diǎn)，海洋工程裝備制造業(yè)也日益成為世界各國著力發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。我國海洋石油及天然氣開發(fā)步伐逐步向深海邁進(jìn)，大型海洋采油平臺將會得到迅速發(fā)展，對采油平臺用鋼的厚度規(guī)格及強(qiáng)韌性也要求越來越高。海洋采油平臺在開發(fā)油氣田工程中起著支撐所有設(shè)備及井架的作用，屬于持續(xù)承受重壓的大型構(gòu)件，其重要性不言而喻。同時，海洋采油平臺的工作條件也很苛刻，服役時·間跨越四季，工作環(huán)境溫差變化較大，在冬季更要經(jīng)受低溫的考驗(yàn)。隨著鋼材強(qiáng)度的提高，對鋼材的焊接質(zhì)量要求也隨之提高，焊接是海洋結(jié)構(gòu)用鋼必須經(jīng)歷的一個重要的工藝過程，焊接接頭是海洋結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其質(zhì)量直接影響到海洋結(jié)構(gòu)的使用安全性和可靠性。特別是厚規(guī)格的海洋工程用鋼板，其焊接接頭性能更是難以保證，這給海洋平臺的焊接施工帶來了困難。為了適應(yīng)我國當(dāng)前對能源戰(zhàn)略的迫切需要，開發(fā)出強(qiáng)韌性優(yōu)良的海洋工程用特厚鋼板并解決其焊接關(guān)鍵技術(shù)，對于完善我國能源體系、獨(dú)立開發(fā)深海油氣資源及保證國家能源安全具有重要意義。由于海洋平臺服役環(huán)境十分惡劣，除承受重力載荷外，還受到海浪、潮流、臺風(fēng)、季風(fēng)、溫差等海洋環(huán)境的影響，這就需要海洋平臺用鋼的焊接接頭具有良好的強(qiáng)度和韌性匹配。為確保海洋平臺用鋼E36的制造和運(yùn)行安全，對80mm厚E36鋼焊接接頭的力學(xué)性能要求嚴(yán)格。焊接接頭的拉伸性能要求不低于母材，對接接頭各部位的低溫韌性Akv-40°C^50Jo該技術(shù)要求是目前我國海洋結(jié)構(gòu)用鋼中最高的，也是世界先進(jìn)水平。焊接接頭的強(qiáng)韌性是由成分及焊接熱循環(huán)等條件決定的，不同的焊接工藝會導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生不同的組織，從而得到不同的強(qiáng)韌性能。焊接熱輸入量是影響焊接接頭低溫沖擊韌性的關(guān)鍵。在較大焊接熱輸入條件下，焊縫金屬產(chǎn)生粗大的先共析鐵素體，而粗晶區(qū)產(chǎn)生粗大的粒狀貝氏體，這是焊接接頭低溫沖擊韌性降低的主要原因。較小的熱輸入雖然不會強(qiáng)烈惡化焊接接頭的低溫韌性，但是小熱輸入量的焊接效率低。根據(jù)焊接熱輸入量的計算公式，焊接線能量與焊接電流和電壓成正比、與焊接速度成反比，且焊接線能量對焊接速度更敏感。為防止E36海洋工程用鋼焊接接頭的脆化問題，合理匹配焊接材料、控制焊接熱輸入量、優(yōu)化焊接工藝參數(shù)是技術(shù)關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良，焊后免除熱處理，焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良和焊接效率較高。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是
一種80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，包括以下步驟
(-)采用與強(qiáng)韌性優(yōu)良的海洋工程用鋼板E36相匹配的焊接材料，母材的下屈服強(qiáng)度ReL 360 390MPa，抗拉強(qiáng)度 Rm 530 560MPa，延伸率 A 30 45%，-40°C沖擊功 Akv >200J；
㈡坡口型式為對稱K型坡口；
㈢埋弧焊接工藝參數(shù)焊前預(yù)熱，并對埋弧焊劑進(jìn)行150°C X 2h處理，焊接電流450 750A，焊接電壓28 34V，焊接速度28 50cm/min，焊接熱輸入量15 50kJ/cm ;對厚度 為80mm+80mm組合鋼板對接接頭采用多層多道埋弧焊焊接，其焊縫層間溫度控制在80 200。。。本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是
本發(fā)明步驟㈠中，選用匹配的焊絲，直徑為Φ4πιπι，抗拉強(qiáng)度大于570MPa，焊劑為880M。步驟㈡中，K型坡口的正面坡口和反面坡口斜邊角度均為45° 50°，根部不留鈍邊，坡口裝配間隙為2 3_。步驟㈢中，焊前預(yù)熱溫度為80°C。本發(fā)明所采用的焊絲化學(xué)成分及重量百分比為C :0.06 O. 16%，Mn :0. 9
I.4%, Si 0. 35 O. 75%, S :彡 O. 03%, P :彡 O. 03%, Ti 0. 03 O. 17%, Cu :彡 O. 35%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明所述焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼焊接接頭部位的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度Rm 530MPa，接頭側(cè)彎d=3a，180°合格，鋼板表層和1/2厚度的焊縫、熔合線及線外2mm、5mm處-40°C沖擊功Akv ^ 50J,焊接接頭拉伸試驗(yàn)斷裂位置為母材，接頭各部位-10 °C CTOD特征值>0. 50mm。上述焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼詳細(xì)的焊接工藝方案制定及理由如下
⑴焊接材料
針對所述鋼，在選用焊接材料時，首先考慮的是焊縫金屬的強(qiáng)度和_40°C沖擊韌性與母材盡可能匹配，選用埋弧焊絲抗拉強(qiáng)度Rm ^ 570MPa，所用焊絲化學(xué)成分及重量百分比為C :0. 06 O. 16%, Mn :0. 9 I. 4%, Si :0. 35 O. 75%, S ·.( O. 03%, P ·.( O. 03%, Ti :0. 03 O. 17%, Cu :彡O. 35%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。配燒結(jié)劑880M作為焊接材料，形成的焊縫金屬純凈度較高，且焊縫組織以細(xì)小的針狀鐵素體為主，強(qiáng)韌性兼?zhèn)?；所選用埋弧焊絲配880M焊劑熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度彡570MPa,屈服強(qiáng)度RpO. 2彡470MPa,延伸率A彡31%, _60°C沖擊功Akv彡47J。⑵焊接預(yù)熱溫度
本發(fā)明按EN10225-2009附錄G標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行可控?zé)峋惺?CTS)試驗(yàn)，用于評價鋼材焊接熱影響區(qū)氫致裂紋敏感性；按API RP 2Z-2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)(又稱小鐵研試驗(yàn))，用于評價對接接頭焊接熱影響區(qū)根部裂紋敏感性；按EN10225-2009附錄F標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行表面堆焊硬度試驗(yàn)，用于評價鋼材焊接冷裂紋傾向。通過不預(yù)熱及不同焊前預(yù)熱溫度的上述試驗(yàn)，確定所用焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼低拘束條件下不預(yù)熱焊接可防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生；高拘束條件下應(yīng)進(jìn)行80°C的低溫預(yù)熱。⑶焊接熱輸入量
由于焊接熱輸入量變化影響焊接熱循環(huán)過程，從而對焊接接頭的焊縫金屬和熱影響區(qū)的組織和力學(xué)性能帶來影響。本發(fā)明研究了不同焊接熱輸入量對80_厚E36埋弧焊對接接頭力學(xué)性能的影響，分別對焊接接頭焊縫金屬的拉伸性能、焊接接頭各部位_40°C夏比V型缺口沖擊功和-10°C CTOD值進(jìn)行了測定。結(jié)果表明，焊接熱輸入量在15 50kJ/cm條件下，80mm厚強(qiáng)韌性優(yōu)良的E36海洋工程用鋼埋弧焊焊接接頭力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度Rm ^ 542MPa，屈服強(qiáng)度ReL彡368MPa，延伸率A彡32%，-40°C沖擊功Akv彡101J, -10°C CTOD特征值>
O.50mmo本發(fā)明的有益效果是
⑴本發(fā)明滿足低溫條件下焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80_特厚E36海洋工程用鋼的焊接 關(guān)鍵技術(shù)。采用合適的焊接材料和焊接工藝能夠保證焊接接頭強(qiáng)度不低于母材和_40°C沖擊韌性遠(yuǎn)高于50J的高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計要求，焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性匹配。⑵本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大型海洋工程用80mm特厚E36鋼板對接接頭埋弧焊制造過程焊前低溫預(yù)熱，焊后免除熱處理的焊接工藝，在實(shí)施過程中，可以達(dá)到焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良和焊接效率較高二者兼顧的效果，實(shí)用性強(qiáng)，高效節(jié)能，適用于大型海洋工程推廣應(yīng)用。


圖I是本發(fā)明焊接工藝K型坡口型式。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，包括以下步
驟
采用熱機(jī)械控制軋制(TMCP) +正火生產(chǎn)的強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼，焊接試板組合為80mm+80mm,試板尺寸為900mm (長)X 250mm (寬)X 80mm (厚)；母材的下屈服強(qiáng)度ReL 370MPa,抗拉強(qiáng)度Rm 530MPa,延伸率A 30%, -40°C沖擊功Akv > 200J ；
匹配的焊接材料
焊絲，其化學(xué)成分及重量百分比為:C 0. 06%, Mn 1. 4%，Si :0. 35%，S :0. 03%, P :0. 01%,Ti :0. 17%，Cu :0. 35%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。焊絲直徑為Φ 4mm，焊絲抗拉強(qiáng)度大于570MPa，匹配焊劑為880M;所選用埋弧焊絲配880M焊劑熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度彡570MPa,屈服強(qiáng)度RpO. 2彡470MPa,延伸率A彡31%, _60°C沖擊功Akv彡47J。埋弧焊坡口采用對稱K型坡口，正面坡口和反面坡口角度均為45°，根部不留鈍邊，坡口裝配間隙為2mm。焊接工藝參數(shù)焊前預(yù)熱溫度80°C，焊接電流450A，焊接電壓28V，焊接速度50cm/min，焊接熱輸入量15kJ/cm、焊劑烘焙制度為150°C X2h ;對厚度為80mm+80mm組合鋼板對接接頭采用多層多道埋弧焊焊接，焊縫層間溫度控制在150°C。實(shí)施例2
一種焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，包括以下步驟
采用熱機(jī)械控制軋制(TMCP) +正火生產(chǎn)的強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼，焊接試板組合為80mm+80mm。試板尺寸為900mm (長)X250mm (寬)X80mm (厚);母材的下屈服強(qiáng)度ReL 380MPa，抗拉強(qiáng)度Rm 550MPa，延伸率A 40%, _40°C沖擊功Akv > 200J ；
匹配的焊接材料
焊絲，其化學(xué)成分及重量百分比為:C 0. 16%，Mn 0. 9%，Si :0. 75%，S :0. 02%, P :0. 03%,Ti :0. 03%, Cu :0. 15%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。焊絲直徑為Φ 4mm，焊絲抗拉強(qiáng)度大于570MPa,匹配焊劑為880M ;所選用埋弧焊絲配880M焊劑熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度彡570MPa,屈服強(qiáng)度RpO. 2彡470MPa,延伸率A彡31%, _60°C沖擊功Akv彡47J。埋弧焊坡口采用對稱K型坡口，正面坡口和反面坡口角度均為50°，根部不留鈍邊，坡口裝配間隙為3mm?！?br> 焊接工藝參數(shù)焊前預(yù)熱溫度80°C，焊接電流600A，焊接電壓30V，焊接速度28cm/min，焊接熱輸入量35kJ/cm、焊劑烘焙制度為150°C X2h ;對厚度為80mm+80mm組合鋼板對接接頭采用多層多道埋弧焊焊接，焊縫層間溫度控制在80°C。實(shí)施例3
一種焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，包括以下步
驟
采用熱機(jī)械控制軋制(TMCP) +正火生產(chǎn)的強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼，焊接試板組合為80mm+80mm。試板尺寸為900mm (長)X250mm (寬)X80mm (厚);母材的下屈服強(qiáng)度ReL 390MPa，抗拉強(qiáng)度Rm 560MPa，延伸率A 45%, _40°C沖擊功Akv > 200J ；
匹配的焊接材料
焊絲，其化學(xué)成分及重量百分比為:C 0. 09%, Mn 1. 1%，Si :0. 55%，S :0. 01%, P :0. 01%,Ti :0. 10%, Cu :0. 05%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。焊絲直徑為Φ 4mm，焊絲抗拉強(qiáng)度大于570MPa,匹配焊劑為880M ;所選用埋弧焊絲配880M焊劑熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度彡570MPa,屈服強(qiáng)度RpO. 2彡470MPa,延伸率A彡31%, _60°C沖擊功Akv彡47J。埋弧焊坡口采用對稱K型坡口，正面坡口和反面坡口角度均為47°，根部不留鈍邊，坡口裝配間隙為2. 5mm。焊接工藝參數(shù)焊前預(yù)熱溫度80°C，焊接電流750A，焊接電壓34V，焊接速度30cm/min，焊接熱輸入量50kJ/cm、焊劑烘焙制度為150°C X2h ;對厚度為80mm+80mm組合鋼板對接接頭采用多層多道埋弧焊焊接，焊縫層間溫度控制在200°C。經(jīng)過上述實(shí)施例I 3的焊接方法對80mm厚E36海洋工程用鋼進(jìn)行埋弧焊焊接后，對焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行檢測。焊接接頭的拉伸和側(cè)彎性能如表I所示，沖擊性能如表2所示，CTOD特征值如表3所示。表I焊接接頭的拉伸及側(cè)彎性能
權(quán)利要求
1.一種80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，其特征在于包括以下步驟 (-)采用與強(qiáng)韌性優(yōu)良的海洋工程用鋼板E36相匹配的焊接材料，母材的下屈服強(qiáng)度ReL 360 390MPa，抗拉強(qiáng)度 Rm 530 560MPa，延伸率 A 30 45%，-40°C沖擊功 Akv >200J； ㈡坡口型式為對稱K型坡口； ㈢埋弧焊接工藝參數(shù)焊前預(yù)熱，并對埋弧焊劑進(jìn)行150°C X 2h處理，焊接電流450 750A，焊接電壓28 34V，焊接速度28 50cm/min，焊接熱輸入量15 50kJ/cm ;對厚度為80mm+80mm組合鋼板對接接頭采用多層多道埋弧焊焊接，其焊縫層間溫度控制在80 200。。。
2.如權(quán)利要求I所述的80_厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，其特征在于所述步驟㈠中，焊絲化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 06 O. 16%，Mn :0. 9 I. 4%，Si :0. 35 O.75%, S :彡 O. 03%, P :彡 O. 03%, Ti 0. 03 O. 17%, Cu :彡 O. 35%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，其特征在于所述步驟㈡中，K型坡口的正面坡口和反面坡口斜邊角度均為45° 50°，根部不留鈍邊，坡口裝配間隙為2 3mm。
4.如權(quán)利要求I或2所述的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，其特征在于所述步驟㈢中，焊前預(yù)熱溫度為80°C。
5.如權(quán)利要求I或2所述的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，其特征在于所述步驟㈠中，所述步驟㈠中，選用匹配的焊絲，焊絲直徑Φ4πιπι，焊絲抗拉強(qiáng)度大于570MPa，焊劑為 880M。
6.如權(quán)利要求5所述的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，其特征在于所選用埋弧焊絲配880M焊劑熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度> 570MPa，屈服強(qiáng)度RpO. 2 彡 470MPa,延伸率 A 彡 31%, _60°C沖擊功 Akv 彡 47J。
7.如權(quán)利要求I或2所述的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，其特征在于焊接接頭部位的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度Rm 530MPa，接頭側(cè)彎d=3a，180°合格，鋼板表層和1/2厚度的焊縫、熔合線及線外2mm、5mm處_4(TC沖擊功Akv彡50J,焊接接頭拉伸試驗(yàn)斷裂位置為母材，接頭各部位-10°C CTOD特征值>0. 50mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焊接接頭強(qiáng)韌性優(yōu)良的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，采用與強(qiáng)韌性優(yōu)良的海洋工程用鋼板E36相匹配的焊接材料，母材的下屈服強(qiáng)度ReL360～390MPa，抗拉強(qiáng)度Rm530～560MPa，延伸率A30～45%，-40℃沖擊功Akv＞200J；埋弧焊坡口采用對稱K型坡口；焊前預(yù)熱80℃，并對埋弧焊劑進(jìn)行150℃×2h處理；對厚度為80mm+80mm組合鋼板對接接頭采用多層多道埋弧焊焊接，焊縫層間溫度為80～200℃。本發(fā)明焊接接頭具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，實(shí)用性強(qiáng)，適合于大型海洋結(jié)構(gòu)及船舶焊接的推廣。
文檔編號B23K35/30GK102873439SQ20121039373
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者鄧偉, 崔強(qiáng), 李麗, 車馬俊, 吳年春, 尹雨群, 劉朝霞, 李恒坤 申請人:南京鋼鐵股份有限公司