P690ql1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法
【专利摘要】本发明提供一种P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，该方法包括以下步骤：1）埋弧焊坡口采用不对称X型坡口；所采用的焊材为：埋弧焊材料：S3Ni2焊丝和SA?FB155AC焊剂；2）将P690QL1钢板预热；3）采用直流反接，电流500-550A，电压28-32V，焊接速度35～40cm/min，线能量20～32kJ/cm，焊剂烘烤温度350℃×2h；4）焊接后进行消氢热处理；5）焊缝无损检测合格后进行焊后消应力热处理。本发明的埋弧焊方法实现了P690QL1钢高强度钢埋弧自动焊焊接接头经SR处理后，-20℃时焊接接头的高韧性，保证了焊缝接头与母材强度匹配的要求。
【专利说明】P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁焊接领域，尤其是涉及一种P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法。
【背景技术】
[0002]全压式LPG运输船的主要设备即大型卧式储罐，用于储运LPG。
[0003]LPG运输船储罐的特点:体积大，质量大，长度长，储罐由直筒体和封头组成，属船载压力容器。由于水路运输考虑到成本，业主希望储罐容积尽可能做到更大，因此更高强度钢P690QL1用于制造LPG船储罐，在用钢量一定的条件，可以实现储罐容积更大化。由于储罐焊缝在无损检测合格后，需经整体消应力热处理(SR处理)，而SR处理对焊缝的力学性能尤其低温冲击韧性影因较大(低温冲击功通常下降约1/3-2/3)，因此，检验P690QL1高强钢焊接接头的力学性能指标，须对焊接试板进行模拟产品SR处理后进行试验，才有实际意义。
[0004]采用P690QL1高强·钢制造LPG运输船储罐时，为降低劳动强度，提高焊接效率，环缝通常采用埋弧自动焊方法。储罐环缝通常要求实现等强匹配，高强钢的等强匹配，除要保证焊缝强度达到母材P690QL1的最低强度外，关键是要实现焊缝接头经SR处理后的低温冲击韧性。因此，需选择一种合适的埋弧焊丝+焊剂组合和相应的焊接工艺，使焊接时具有良好的焊接工艺性，即接头不易出现缺陷，并经模拟产品SR处理后，仍具有一定的强度和保持较高的低温韧性。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:提供一种能保证高强度钢焊接接头质量的P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法。
[0006]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:
[0007]P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，该方法包括以下步骤:
[0008]I)埋弧焊坡口采用不对称X型坡口，一侧坡口 60°，另一侧坡口 70° ;所采用的焊材为:埋弧焊材料:S3Ni2焊丝和SA FB155AC焊剂，其中所述焊丝化学成分满足以下要求:C: 0.07 -0.15%, S1: 0.10 -0.25%, Mn:1.20 -1.80%，P ≤ 0.020%，S ≤ 0.020%, Cr: 0.30 -0.85%, N1:2.00 -2.60%, Mo:0.40 -0.70%, Cu ( 0.30%，余量为 Fe 及不可避免的杂质；
[0009]2)将 P690QL1 钢板预热至 130 -150°C ；
[0010]3)埋弧焊采用直流反接，电流为500-550A，电压为28-32V，焊接速度为35-40cm/min，线能量为20-32kJ/cm，焊剂烘烤温度为350°C X2h ；
[0011]4)焊接后进行消氢热处理，保温1-2小时，保温温度为250°C-300°C ；
[0012]5)焊缝无损检测合格后，进行焊后消应力热处理，恒温温度为:565±20°C，保温2小时。
[0013]上述方案中，焊接过程中第一道采用等强度焊条手工焊打底将坡口封底，然后一侧大坡口埋弧焊焊完后，背面采用气刨清根，将第一道焊条焊熔敷金属全部刨掉，并打磨干净后经磁粉无损检测合格后，再进行背面的埋弧焊焊接。
[0014]上述方案中，所述P690QL1钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件:C ≤ 0.20%, Si ≤0.80%, Mn ≤ 1.70%, P ≤ 0.020%, S ≤ 0.010%, N ≤ 0.015%, B ≤ 0.005%,Cr ≤1.50%, Mo ≤ 0.70%, Cu ≤ 0.30%, Nb≤ 0.06%, Ni ≤2.50%, Ti ≤ 0.05%, V≤0.12%,Zr或Al，其中选用Zr时使Zr ≤0.15%，选用Al时使Al 0.018%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0015]上述方案中，所述P690QL1钢板的力学性能满足:屈服强度Rel≥690MPa，抗拉强度匕:770-94010 延伸率 14%，冷弯b=3a，d=3a, 180°合格，_20°C横向冲击功Akv 40J。
[0016]上述方案中，所述埋弧焊接采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过250°C。
[0017]上述方案中，由于实际焊缝组对间隙不可能呈理想状态，故焊接过程中第一道采用焊条手工焊打底将坡口封底，避免由于坡口不规则对后续埋弧焊产生不利影响。然后一侧大坡口埋弧焊焊完后，背面采用气刨清根，将第一道焊条焊熔敷金属全部刨掉，并打磨干净后经磁粉无损检测合格后，再进行背面的埋弧焊焊接。
[0018]与现有技术相比，本发明取得的技术效果是:本发明中提到的P690QL1是按照欧标(EN10028:6)生产的高强度调质钢，最小屈服强度为690MPa，抗拉强度为770MPa-940MPa。本发明采用一种高强度、高韧性的埋弧焊丝+焊剂组合，化学成分与母材相近，经过565±20°C，保温2小时的焊后SR处理，保证了焊缝接头的强度，还达到了焊接接头在_20°C低温时的高韧性，解决了低温韧性不易实现Akv 41J的难题，同时保证了焊缝接头与母材强度匹配的要求。该方法有效地实现了高强度钢焊接接头的质量全压式LPG运输船的主要设备即大型卧式储罐，用于储运LPG。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例1提供的坡口的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。
[0021]实施例1
[0022]本发明实施例提供一种P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0023]I)埋弧焊坡口采用不对称X型坡口，一侧坡口 60°，另一侧坡口 70° ;所采用的焊材为:埋弧焊材料:S3Ni2焊丝和SA FB155AC焊剂，其中所述焊丝化学成分满足以下要求:C: 0.07 -0.15%, S1: 0.10 -0.25%, Mn:1.20 -1.80%，P ≤ 0.020%，S ≤ 0.020%, Cr: 0.30 -0.85%, N1:2.00 -2.60%, Mo:0.40 -0.70%, Cu ≤0.30%，余量为 Fe 及不可避免的杂质；
[0024]2)将 P690QL1 钢板预热至 130 -150°C ；
[0025]3)埋弧焊采用直流反接，电流为500-550A，电压为28-32V，焊接速度为35-40cm/min，线能量为20-32kJ/cm，焊剂烘烤温度为350°C X2h ；[0026]4)焊接后进行消氢热处理，保温1-2小时，保温温度为250°C-300°C ；
[0027]5)焊缝无损检测合格后，进行焊后消应力热处理，恒温温度为:565±20°C，保温2小时。
[0028]下面对该埋弧焊接方法中的工艺参数进行具体说明:
[0029]I)预热温度:
[0030]本实施例中采用42mm厚的P690QL1板进行焊接，其试验用的P690QLK炉批号2)的化学成份为:C:0.14%, Si:0.33%, Mn:1.24%, P:0.009%, S:0.001%，N:0.0057%，B:0.0016%,Cr:0.37%, Mo:0.26%, Cu:0.080%, Nb:0.020%, N1:0.48%, T1:0.018%, V:0.046%, Al:
0.047%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0031]焊材扩散氢含量为按1.5ml/100g来计算，防止冷裂纹出现的最低预热温度为130-150°C。焊前实际预热到140°C，焊接过程中严格控制层间温度不超过250°C。
[0032]2)焊接材料:
[0033]本发明中的P690QL1钢焊接接头采用了一种高强度并保证高韧性的埋弧焊丝+焊剂组合，所采用的焊丝为S3Ni2，直径Φ4.0mm，焊剂SA FB155AC,满足_40°C低温冲击功大于 47J，其焊丝成分:C:0.12%, Si:0.23%, Mn:1.59%, P:0.012%, S:0.006%, N1:2.21%, Cr:
0.68%, Mo:0.49%, Cu:0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0034]3)坡口采用不对称X型坡口(如图1所示)，一侧坡口 60°，另一侧坡口 70° ;坡口打磨至焊缝周围20_范围,清除油污水锈,露出金属光泽。
[0035]4)第一道打底:由于储罐直径较大，现场实际坡口的大小和间隙会出现不规则的情况，第一道采用等强度焊条手工焊打底将坡口封底，便于埋弧焊进行焊接。一侧大坡口埋弧焊焊完后，背面采用气刨清根，将第一道焊条焊熔敷金属全部刨掉，并打磨干净后经磁粉(MT)无损检测合格后，再进行背面的埋弧焊焊接。
[0036]5)埋弧焊采用直流反接，电流500-550A，电压28-32V，焊接速度:35-40cm/min，线能量20-32kJ/cm。焊剂烘烤温度:350°C X2h。
[0037]6)本发明对42mm厚的P690QL1钢采用埋弧自动焊焊接，进行多层多道施焊，直至填满焊缝为止。根据焊接工艺评定试验原则，多层多道焊接过程中，采用了最低线能量20kJ/cm和最高线能量32kJ/cm进行焊接。
[0038]7)焊后进行消氢热处理，保温I-2小时。保温温度为250°C-300°C。
[0039]试验结果:焊缝金属屈服强度:Rel:755MPa,抗拉强度Rm:870MPa,冷弯d=4a，180°合格。-20°C冲击功:焊缝Akv > 80J，侧熔合线> 80J、熔合线外1mm、3mm、5m，Akv > 119J。
[0040]本发明的埋弧焊方法，有效解决了 P690QL1高强度调质钢之间的焊接，实现了 P690QL1钢高强度钢埋弧自动焊焊接接头经SR处理后，_20°C时焊接接头的高韧性，Akv - 70J，保证了焊缝接头与母材强度匹配的要求。同时埋弧自动焊还提高了焊接效率，降低了劳动强度。
[0041]对比例I
[0042]对比例I与实施例1大致相同，不同之处在于选用的焊接工艺参数不同以及未进行SR处理，具体为:焊接工艺参数:电流660— 720A，电压33-35V，焊接速度:40-45cm/min，线能量35-40kJ/cm。对比例I得到的接头抗拉强度的测试结果如表I所示。
[0043]对比例2[0044]对比例2与实施例1大致相同，不同之处在于选用的焊接工艺参数不同，具体为:焊接工艺参数:电流660—720A，电压33-35V，焊接速度:40?45cm/min，线能量35?40kJ/cm。对比例2得到的接头抗拉强度的测试结果如表I所示。
[0045]表I
【权利要求】
1.P690QL1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 1)埋弧焊坡口采用不对称X型坡口，一侧坡口60°，另一侧坡口 70° ;所采用的焊材为:埋弧焊材料:S3Ni2焊丝和SA FB155AC焊剂，其中所述焊丝化学成分满足以下要求:C: 0.07 ?0.15%, S1: 0.10 ?0.25%, Mn: 1.20 ?1.80%, P ≤ 0.020%, S ≤ 0.020%, Cr: 0.30 ?0.85%, N1:2.00 ?2.60%, Mo:0.40 ?0.70%, Cu ≤ 0.30%，余量为 Fe 及不可避免的杂质； 2)将P690QL1钢板预热至130?150°C； 3)埋弧焊采用直流反接，电流为500-550A，电压为28-32V，焊接速度为35?40cm/min，线能量为20?32kJ/cm，焊剂烘烤温度为350°C X2h ； 4)焊接后进行消氢热处理，保温1-2小时，保温温度为250°C?300°C； 5)焊缝无损检测合格后，进行焊后消应力热处理，恒温温度为:565±20°C，保温2小时。
2.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，焊接过程中第一道采用等强度焊条手工焊打底将坡口封底，然后一侧大坡口埋弧焊焊完后，背面采用气刨清根，将第一道焊条焊熔敷金属全部刨掉，并打磨干净后经磁粉无损检测合格后，再进行背面的埋弧焊焊接。
3.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述P690QL1钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件:c ≤ 0.20%, Si ≤0.80%,Mn ≤1.70%, P ≤ 0.020%, S ≤ 0.010%,N ≤ 0.015%, B ≤ 0.005%, Cr ≤ 1.50%, Mo ≤ 0.70%, Cu ≤ 0.30%, Nb ≤0.06%, Ni ≤2.50%,Ti ≤0.05%, V ≤ 0.12%，Zr 或 Al，其中选用 Zr 时使 Zr ≤ 0.15%，选用 Al 时使 Al ≤ 0.018%,余量为Fe及不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述P690QL1钢板的力学性能满足:屈服强度Rel≤690MPa,抗拉强度Rm:770?940MPa,延伸率A≤14%，冷弯b=3a, d=3a，180。合格，_20°C横向冲击功Akv≤40J。
5.如权利要求1所述的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述埋弧焊接采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过250°C。
【文档编号】B23K9/23GK103433603SQ201310312459
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】黄金祥, 易昶, 潘伍覃 申请人:武汉一冶钢结构有限责任公司