专利名称：一种低温风塔用厚板s355nl埋弧焊焊接方法
技术领域：
本发明属于钢铁材料焊接领域，特别是涉及一种低温风塔用厚板S355NL埋弧焊 焊接方法。
背景技术：
能源危机以来，人们的绿色环保意识得到加强，风能作为一种清洁的可再生能源， 是二十一世纪的重要能源之一，在当今世界可再生能源开发中，风力发电是除水资源开发 夕卜，技术最成熟、最具有大规模的发电方式。在过去8年中，全世界的风力发电能力平均每 年增长15.8%，随着风力发电的快速增长，对风塔用钢板的要求也在不断提高。以往风塔用 钢主要采用Em0025标准中的牌号，主要钢种为S235JR、S355JR、S355J0、S355J2G3、S355J2 等，由于我国风电设备很多建设于严寒地带，而且我国大陆架浅海海域广阔，海上风力资源 丰富，海上风电场的建设十分广阔，预计2010到2015年我国将形成约600亿元左右的风电 设备市场，这些地区的风塔建设均要求使用具有更高低温韧性的钢板S355NL(-50°C冲击功 ^ 27J)。海洋和严寒地区的风塔钢板服役环境十分恶劣，为适应低温风塔的建造需要，南京 钢铁联合公司已经开发了一种低温韧性优良的风塔用钢板S355NL，其综合力学性能优异， 尤其是_50°C低温韧性，具有优异强韧性匹配。基材性能的提高对与之相匹配的焊接材料及 焊接工艺提出了迫切的要求。目前存在的问题是采用国内现有的埋弧焊接材料与焊接工 艺，焊接接头-50°C低温冲击韧性不能满足低温风塔用钢板S355NL的焊接技术要求，特别 是在较大的焊接热输入量情况下，焊接接头的低温冲击韧性无法满足低温风塔结构制造的 焊接技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温风塔用钢板S355NL埋弧焊接方法，该方法能解 决埋弧焊焊接工艺与匹配材料问题，施焊前不预热，焊后不进行热处理，采用所述方法焊接 S355NL钢板焊接接头具有优良的接头综合性能，焊接接头各区域具有较高的冲击韧性储备 及安全富裕度。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)采用的低温风塔用钢S355NL的化学组分及重量百分比和技术条件满足以下条 件所述S355NL低温风塔用钢的化学组分及重量百分比为C 0. 10 0. 14%，Mn 1. 30 1. 45%, Si 0. 20 0. 30%, P ≤ 0. 013%, S ≤ 0. 005%, Nb 0. 020 0. 030%, V 0. 04 0. 05%, Ti ≤ 0. 03%, Ni 0. 20 0. 30%, Cr ≤ 0. 08%, Mo ≤ 0. 08%，余量
为Fe及不可避免的杂质；钢的碳当量Ceq ≤ 0. 42% ；所述S355NL低温风塔用钢焊接接头部位的力学性能为抗拉强度Rm ≥500MPa, 接头侧弯d = 3a，180°合格，母材、焊缝金属、热影响区熔合线外Imm及3mm处-50°C冲击功AKv ≥ 50J，焊接接头拉伸试验断于基材；2)所用的焊接材料满足以下条件埋弧焊丝BHM-6，焊丝直径①4. 0mm，配烧结焊剂SJ101G，焊剂SJ101G使用前烘焙 制度为350°C X2h ；焊丝化学组分及重量百分比为C 0. 06 0. 12%，Mn :1. 60 2. 0%， Si ≤0. 07%, P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 010%，余量为Fe及不可避免的杂质；3)埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.5mm，所述 S355NL低温风塔用钢板厚 ≤50mm时，在环境温度不低于10°C时，不预热焊接；4)选择焊接工艺参数，焊接接头焊缝金属及热影响区熔合线外1mm处-50°C冲 击功AKv ≥50J的焊接热输入量的控制范围是 ≤50KJ/cm ；施焊时层间温度控制在 ≤ 200 °C。本发明中焊接工艺参数为焊接电流550A，电弧电压30V，焊接速度40cm/min、焊接 热输入量15KJ/cm、焊剂烘焙制度为350°C X2h。本发明对厚度为50mm+50mm组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直 至焊缝填满为止。本发明低温风塔用钢S355NL详细焊接工艺方案制订的理由如下(1)焊接预热温度本发明按照IS017642-3标准Tekken(斜Y坡口)焊接裂纹试验方法中规定的条 件，研究了一种板厚为50mm的低温风塔用钢S355NL在室温(10°C )不预热及不同焊前预 热温度条件下产生焊接冷裂纹的敏感性。其中试验用S355NL的化学组分及重量百分比为 C 0. 12%, Mn 1. 40%, Si 0. 25%, P 0. 010%, S 0. 002%, Nb 0. 025%, V 0. 042%, Ti 0.015%,Ni 0. 26 %，余量为Fe及不可避免的杂质；试验采用气体保护焊工艺，焊丝采用直 径为①1. 2mm、ER50-G、保护气体为80% Ar+20% C02。结果表明，规格为50mm厚的钢板焊 前不预热条件下，接头部位的表面裂纹率和断面裂纹率均为零，表明该钢焊接冷裂纹倾向 较小，即所述S355NL低温风塔用钢板厚度 ≤50mm时，在环境温度不低于10°C时，不预热焊 接即可防止焊接冷裂纹的产生。⑵焊接材料针对所述钢，在选用焊接材料时，首先考虑的是焊缝金属的强度和-50°C冲击韧 性与基材匹配，选用的埋弧焊丝BHM-6，直径4mm，所采用焊丝化学组分及重量百分比为C 0. 06 0. 12%，Mn 60 2. 0%，Si ≤ 0. 07%，P ≤0. 015%，S ≤ 0. 010%，余量为 Fe 及不可避免的杂质，配烧结焊剂SJ101G，形成的焊缝金属纯净度高，且焊缝组织以细小的针 状铁素体为主，强韧性兼具；所选用埋弧焊丝配SJ101G焊剂熔敷金属的力学性能抗拉强 度Rm ≥490MPa，屈服强度RpO. 2 ≥390MPa，延伸率A ≥22%，-50°C冲击功AKv ≥34J。(3)焊接热输入量由于焊接热输入量变化将影响焊接热循环过程，由此将对焊接接头焊缝金属和热 影响区的组织和力学性能带来影响。本发明研究了不同焊接热输入量条件下对一种低温风 塔用钢S355NL埋弧焊对接接头力学性能的影响，分别对焊接接头焊缝金属的拉伸性能、焊 接接头各部位-50°C夏比V型缺口冲击功进行了测定和分析。试验用焊接材料为埋弧焊丝 BHM-6，焊丝直径①4. 0mm，焊剂S101G;所采用焊丝化学组分及重量百分比为C :0. 12%, Mn 1. 87%, Si 0. 01%, P 0. 013%, S 0. 007%，余量为Fe及不可避免的杂质。结果表明，焊接热输入量在不大于50KJ/mm条件下，低温风塔用钢S355NL埋弧焊对接接头力学性能焊 缝金属抗拉强度Rm彡500MPa,屈服强度ReH彡400MPa,伸长率A彡26 %，接头侧弯d = 3a, 180°合格，焊缝金属、热影响区熔合线外Imm及3mm处-50°C冲击功AKv彡50J。本发明在低温风塔的实际建造过程中，兼顾性能与效率，针对低温风塔用钢 S355NL特定的成分范围及技术条件，解决了该钢的焊接热输入量适应性问题及相关的焊接 工艺问题。本发明与现有技术相比，具有如下优点(1)本发明满足了海洋和严寒地区的低温风塔用钢板S355NL埋弧焊接工艺制造 技术。埋弧焊对接接头抗拉强度、接头各区_50°C冲击功达到较高水平，具有优良的低温冲 击韧性及安全储备；(2)采用本发明焊接工艺技术，埋弧焊对接接头热影响区过热区的金相组织主要为低碳贝氏体组织；焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，从而使焊接接头具有优良的 强韧性及抗裂性能。(3)实现了海洋和严寒地区的低温风塔用钢板S355NL对接接头厚板结构制造过 程焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊接接头具 有优良的综合力学性能；在实施过程中，可以达到焊接接头力学性能优良和焊接效率较高 二者兼顾的效果，实用性强、焊接操作简便、高效节能，适用于工厂低温风塔制造推广应用。
图1为焊接厚板组合50mm+50mm的焊接热输入量15KJ/cm为埋弧焊坡口示意图；图2为焊接厚板组合50mm+50mm的焊接热输入量50KJ/cm为埋弧焊坡口示意图。
具体实施例方式实施例1 一种本发明所述的低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括以下步骤采用热机械控轧控冷工艺(TMCP) +正火生产的强度在彡490MPa级的低温风塔用 钢板S355NL，板厚组合为50mm+50mm。试板尺寸为600mmX400mmX32mm ；选用的S355NL 低温风塔用钢的化学组分及重量百分比满足C 0. 10 0. 14%，Mn 1. 30 1. 45%，Si
0.20 0. 30%，P 彡 0. 013%，S 彡 0. 005%，Nb 0. 020 0. 030%，V 0. 04 0. 05%， Ti ^ 0. 03%, Ni 0. 20 0. 30%, Cr ^ 0. 08%, Mo ^ 0. 08%，余量为 Fe 及不可避免的 杂质；钢的碳当量CeqS 0. 42%。选用匹配的焊接材料焊丝BHM-6，焊丝直径为Φ4πιπι，其化学组分及重量百分比为C :0. 12%, Mn
1.87%, Si 0. 01%, P 0. 013%, S 0. 007%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。与烧结焊剂SlOlG匹配进行焊接，其熔敷金属的力学性能抗拉强度Rm :535MPa, 屈服强度 RpO. 2 :435MPa，延伸率 A :26%，_50°C冲击功 AKv :76J ；埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0. 5mm,钝边为 5mm ；焊接工艺参数焊接电流550A，电弧电压30V，焊接速度40cm/min、焊接热输入量15KJ/cm、焊剂烘焙制度为350°C X2h ；对厚度为50mm+50mm组合钢板埋弧焊对接接头采用 多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度控制在100°C 200°C。经对采用上述焊接方法焊接的低温风塔用钢板S355NL对接接头力学性能检测， 其接头力学性能为抗拉强度Rm :510MPa,断裂位置基材，接头冷弯d = 3a, 180°合格，焊 缝金属_50°C冲击功AKv :116J，热影响区熔合线外Imm处-50°C冲击功AKv :243J，热影响区 熔合线外3_处-50°C冲击功AKv :204J。实施例2 又一种本发明所述的低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括以下步骤采用热机械控轧控冷轧制工艺(TMCP) +正火生产的强度在彡490MPa级的低温风 塔用钢板S355NL,厚板组合为50mm+50mm。试板尺寸为600mmX 400mmX 50mm ；选用的S355NL 低温风塔用钢的化学组分及重量百分比满足C 0. 10 0. 14%，Mn 1. 30 1. 45%，Si 0. 20 0. 30%，P 彡 0. 013%，S 彡 0. 005%，Nb 0. 020 0. 030%，V 0. 04 0. 05%， Ti ^ 0. 03%, Ni 0. 20 0. 30%, Cr ^ 0. 08%, Mo ^ 0. 08%，余量为 Fe 及不可避免的 杂质；钢的碳当量CeqSO. 42%。选用匹配的焊接材料焊丝BHM-6，焊丝直径为Φ4πιπι，其化学组分及重量百分比为C :0. 12%, Mn 1.87%, Si 0.01%, P =0.013%, S :0. 007 %，其余为铁及不可避免的杂质。与烧结焊 剂SlOlG匹配进行焊接，其熔敷金属的力学性能抗拉强度Rm :535MPa,屈服强度RpO. 2 435MPa，延伸率 A :26%，冲击功 _50°C AKv :64J ；埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0. 5mm,钝边为 8mm ；焊接工艺参数焊接电流700A，电弧电压32V，焊接速度29cm/min、焊接热输入量 50KJ/cm、焊剂烘焙制度为350°C X2h ；对厚度为50mm+50mm组合钢板埋弧焊对接接头采用 多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度控制在100°C 200°C。经对采用上述焊接方法焊接的低温风塔用钢板S355NL对接接头力学性能检测， 其接头力学性能为抗拉强度Rm :516MPa,断裂位置基材，接头冷弯d = 3a, 180°合格，焊 缝金属_50°C冲击功AKv :52J，热影响区熔合线外Imm处-50°C冲击功AKv :55J，热影响区熔 合线外3_处-50°C冲击功-AKv :99J。本发明实现了海洋和严寒地区的低温风塔用钢板S355NL对接接头厚板结构制造 过程焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊接接头 具有优良的综合力学性能；在实施过程中，可以达到焊接接头力学性能优良和焊接效率较 高二者兼顾的效果，实用性强、焊接操作简便、高效节能，适用于工厂低温风塔制造推广应 用。
权利要求
一种低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)采用的低温风塔用钢S355NL的化学组分及重量百分比和技术条件满足以下条件所述S355NL低温风塔用钢的化学组分及重量百分比为C0.10～0.14％，Mn1.30～1.45％，Si0.20～0.30％，P≤0.013％，S≤0.005％，Nb0.020～0.030％，V0.04～0.05％，Ti≤0.03％，Ni0.20～0.30％，Cr≤0.08％，Mo≤0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质；钢的碳当量Ceq≤0.42％；2)所用的焊接材料满足以下条件埋弧焊丝BHM-6，焊丝直径Φ4.0mm，配烧结焊剂SJ101G，焊剂SJ101G使用前烘焙制度为350℃×2h；焊丝化学组分及重量百分比为C0.06～0.12％，Mn1.60～2.0％，Si≤0.07％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质；3)埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.5mm，所述S355NL低温风塔用钢板厚≤50mm时，在环境温度不低于10℃时，不预热焊接；4)选择焊接工艺参数，焊接接头焊缝金属及热影响区熔合线外1mm处-50℃冲击功AKv≥50J的焊接热输入量的控制范围是≤50KJ/cm；施焊时层间温度控制在≤200℃。
2.根据权利要求1所述的低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于对厚 度为50mm+50mm组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。全文摘要
本发明公开了一种低温风塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括如下步骤采用满足化学组分及重量百分比和技术条件的S355NL厚板，钢的碳当量Ceq≤0.42％；选用满足化学组分及重量百分比的焊丝；埋弧焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.5mm，钢板厚≤50mm时，在环境温度不低于10℃时，不预热焊接；选择焊接工艺参数，焊接热输入量≤50kJ/cm。本发明实现了海洋和严寒地区的低温风塔用钢板S355NL对接接头厚板结构制造过程焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊接接头具有优良的综合力学性能，焊缝及焊接热影响区具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。本发明适用于工厂低温风塔制造推广应用。
文档编号B23K9/23GK101862887SQ201010159208
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者李丽, 李定金, 楚觉非, 王徐, 王端军, 邱红雷 申请人:南京钢铁股份有限公司