钢板埋弧焊焊接方法与流程

本发明涉及海工装备焊接技术领域，尤其涉及一种涉及海工装备建造过程中使用的钢板埋弧焊焊接方法。

背景技术：

目前海工装备逐渐向大型化发展以适应恶劣的海洋工作环境，因此通常需要超高强度、大厚度和中等厚度的钢板建造大型化的海工装备，以满足大型化海工装备的强度、刚度、稳定性以及冲击性能的要求。

为了使焊接接头在-60℃的情况下，冲击性能满足规范要求，现有的使用在海工装备建造过程中的埋弧焊焊接工艺一般是，首先，进行打底焊接，打底焊接采用小电流进行快速焊接，其次，进行正面焊，再次，进行背面焊，但背面焊时先进行背面清根和打磨。因背面清根和打磨需花费大量的时间，降低了工作效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的埋弧焊焊接工艺采用小电流打底焊、背面焊接时需清根和打磨而造成工作效率低的技术问题，而提供一钢板埋弧焊焊接方法。

本发明提出一种钢板埋弧焊焊接方法，包括：

焊接坡口的形成步骤，在不小于20mm厚的钢板的正面形成正面v型坡口，所述正面v型坡口的开口朝上，所述正面v型坡口的根部间隙为0-2mm，钝边长度为3-8mm；

正面焊接步骤，将正面焊接的焊接工艺参数设置为焊接电流600-650a、焊接电压28-30v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm，根据设置的焊接工艺参数进行正面埋弧焊焊接，正面焊接不烧穿所述正面v型坡口的根部；

第一背面焊道焊接步骤，将第一背面焊道的焊接工艺参数设置为焊接电流720-780a、焊接电压30-33v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm，根据设置的焊接工艺参数进行背面埋弧焊焊接。

可选的，在所述焊接坡口的形成步骤中，进一步在所述钢板的背面且在所述v型坡口的正下方形成背面v型坡口，所述背面v型坡口的开口向下，所述背面v型坡口通过所述正面v型坡口的根部间隙与所述正面v型坡口相连通。

可选的，所述正面v型坡口的坡口深度、坡口角度和所述背面v型坡口的坡口深度、坡口角度一致。

可选的，所述正面v型坡口和/或所述背面v型坡口的坡口角度为60-70度。

可选的，完成两道或三道正面焊道的焊接后，对所述钢板进行翻面，翻面后进行第一背面焊道焊接的步骤。

可选的，在完成第一背面焊道焊接后，将焊接工艺参数设置为焊接电流600-650a、焊接电压28-30v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm，根据设置的焊接工艺参数进行背面埋弧焊焊接和/或正面埋弧焊焊接，以完成其余背面焊道和其余正面焊到的焊接。

可选的，在正面焊接步骤之前，所述方法还包括：

对钢板进行预热步骤，根据钢板的厚度和强度确定预热温度和层间温度。

可选的，所述方法还包括：

后热处理步骤，在焊接完成后或焊接过程中长时间停顿，对所述钢板进行后热处理，处理温度为200-230度，处理时间为2小时。

可选的，所述钢板厚度为20-30mm时，所述钢板仅在正面形成正面v型坡口，钝边由所述正面v型坡口处延伸至所述钢板的背面，且钝边长度为4-8mm。

可选的，所述钢板厚度大于30mm，不大于150mm时，钝边长度为3-6mm。

可选的，所述正面v型坡口和/或所述背面v型坡口的坡口角度为60-70度。

可选的，所述钢板为使用在海工装备建造中的超高强钢板，所述超高强钢板的焊接热输入为19-36kj/cm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的钢板埋弧焊焊接方法，因形成的正面v型坡口的钝边长度及根部间隙的大小适当，使得在焊接过程中，可全程采用大电流埋弧焊焊接，不使用小电流打底焊，并且各焊接工艺参数设置适当，正面焊接时不会烧穿正面v型坡口的根部，因此无需进行背面清根和打磨，提高了焊接的工作效率。

附图说明

图1是本发明提供的一种钢板埋弧焊焊接方法的流程图；

图2是厚度为20-30mm的钢板形成的正面v型坡口和焊道排布的结构示意图；

图3是厚度为100mm的钢板形成的正面v型坡口和背面v型坡口的结构示意图；

图4所示，其是厚度为40mm的钢板形成的正面v型坡口和背面v型坡口的结构示意图；以及

图5是厚度为50mm的钢板形成的正面v型坡口、背面v型坡口以及焊道排布的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

请参阅图1，其是本发明提供的一种钢板埋弧焊焊接方法的流程图。本发明的方法包括如下步骤：

步骤s1，焊接坡口的形成步骤，在进行焊接前，在不小于20mm厚的钢板的正面上形成正面v型坡口，正面v型坡口的开口朝上，正面v型坡口的根部间隙为0-2mm，钝边长度为3-8mm。

在一个实施例中，如图2所示，其是厚度为20-30mm的钢板的正面v型坡口和焊道排布结构示意图。待焊接的钢板11的厚度h1为20-30mm，在钢板11的正面形成一个正面v型坡口12，正面v型坡口的12的根部间隙d1为0-2mm，钝边111的长度l1为4-8mm，正面v型坡口12的坡口角度α1为60-70度。其中，钢板11可以由两个需焊接的子钢板11a和子钢板11b拼接组成，子钢板11a和子钢板11b的钝边之间的间隙形成根部间隙。

因钢板11的厚度在20-30mm范围内，受限于钢板厚度，仅在钢板11的正面形成正面v型坡口12，背面不形成坡口，且钝边211由正面v型坡口12的底端处延伸至钢板11的背面，预留较长的钝边(4-8mm)，防止正面焊接时烧穿背面。

进一步，可在待焊接的钢板的背面形成背面v型坡口。如图3所示，其是厚度为100mm钢板形成的正面v型坡口和背面v型坡口的结构示意图。

待焊接的钢板21的厚度h2为100mm，在钢板21的正面形成正面v型坡口22，在钢板21的背面形成背面v型坡口23，且背面v型坡口23位于正面v型坡口22的正下方。

正面v型坡口22的开口朝上，其根部间隙d2为0-2mm，钝边211的长度l2为3-6mm，优选的，该钝边211的长度l2为5mm。

背面v型坡口23的开口朝下，其上部与钝边211相邻接，且通过正面v型坡口22的根部间隙与正面v型坡口相连通。

正面v型坡口22和背面v型坡口23的坡口角度和坡口深度可以相同，也可以不同，如图3所示，正面v型坡口22和背面v型坡口23的坡口角度和坡口深度均不相同，但正面v型坡口22的坡口角度α21和背面v型坡口23的坡口角度α22均在60-70度的范围内。

进一步，在另一个实施例中，正面v型坡口的坡口深度、坡口角度和背面v型坡口的坡口深度、坡口角度均相同，如图4所示，其是厚度为40mm的钢板形成的正面v型坡口和背面v型坡口的结构示意图。厚度h3为40mm的钢板31上形成正面v型坡口的坡口32和背面v型坡口33，钝边411的长度为6mm，根部间隙2mm。正面v型坡口的坡口32的坡口深度d31和背面v型坡口33的坡口深度d32相同，且均17mm。正面v型坡口的坡口32的坡口角度α41和背面v型坡口33的坡口角度α42相同，且均为60-70度。

本实施例通过在钢板的正面和背面形成坡口角度和坡口深度完全一致的坡口，以防止焊接时钢板的变形过大。

在又一个实施例中，如图5所示，其是厚度为50mm的钢板形成的正面v型坡口、背面v型坡口以及焊道排布的结构示意图。在该实施例中，钢板的厚度h4为50mm，其坡口结构与厚度为100mm的钢板的坡口结构相似，即在钢板41的正面和背面分别形成正面v型坡口42和背面v型坡口43，且背面v型坡口43位于正面v型坡口42的正下方。

正面v型坡口42的根部间隙d4为0-2mm，其钝边411的长度l4为5mm。

背面v型坡口43的开口朝下，其上部与钝边411相邻接，且通过正面v型坡口42的根部间隙与正面v型坡口42相连通。

如图5所示，正面v型坡口42和背面v型坡口43的坡口角度和坡口深度均不相同，但正面v型坡口42的坡口角度α41和背面v型坡口43的坡口角度α42均在60-70度的范围内。

步骤s2，正面焊接步骤，将正面焊接的焊接工艺参数设置为焊接电流600-650a、焊接电压28-30v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm，根据设置的焊接工艺参数进行正面埋弧焊焊接，正面焊接不烧穿正面v型坡口的根部。

正面焊接对钢板正面的坡口进行多道焊接，以形成多道正面焊道。形成的各道正面焊道依照焊接的顺序层叠在一起。如图2所示，正面焊道1、2、3、5、6层叠在正面v型坡口12中。

正面埋弧焊焊接各正面焊道时焊接电流控制在600-650a之间，焊接电压控制在28-30v之间、焊接速度控制在40-50cm/min之间、焊丝伸出长度控制在25-30cm之间。例如，在进行第一道正面焊道的焊接时，焊接电流为610a，进行第二道正面焊道的焊接时，焊接电流为650a。

步骤s3，第一背面焊道焊接步骤，将第一背面焊道的焊接工艺参数设置为焊接电流720-780a、焊接电压30-33v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm，根据设置的焊接工艺参数进行背面埋弧焊焊接。

完成两道或三道正面焊道的焊接后，对钢板进行翻面，接着从钢板的背面进行焊接。如图2所示，在完成正面焊道1、2、3的焊接后，将钢板11进行翻面，翻面后再进行背面焊道4的焊接。再如图4所示，在完成正面焊道1、2的焊接后，将钢板31进行翻面，翻面后进行背面焊道3的焊接。

在完成第一背面焊道的焊接后，重新设置焊接工艺参数，即将焊接工艺参数设置为焊接电流600-650a、焊接电压28-30v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm，根据设置的焊接工艺参数进行背面埋弧焊焊接和/或正面埋弧焊焊接，以完成其余背面焊道和其余正面焊到的焊接。

如图1所示，在完成第一背面焊道4的焊接后，以焊接电流600-650a、焊接电压28-30v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm为焊接工艺参数，进行其余正面焊道5、6的焊接。

如图4所示，在完成第一背面焊道3的焊接后，以焊接电流600-650a、焊接电压28-30v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm为焊接工艺参数，进行其余背面焊道4、5、6、7、8、9的焊接。再完成背面焊道的焊接后进行翻面，同样，以焊接电流600-650a、焊接电压28-30v、焊接速度40-50cm/min、焊丝伸出长度25-30cm为焊接工艺参数，进行其余正面焊道10、11、12、13、14、15的焊接。

进一步，在进行正面焊接的步骤之前，本发明的方法还包括对钢板进行预热，预热温度和层间温度根据钢板的厚度和强度而定。

例如，对于厚度为100mm，型号为nvf690的高强度钢板，其预热温度为130度，层间温度210度，层间温度最低不低于预热温度。

又例如，对于厚度为50mm，型号为nvf460的高强度钢板，其预热温度为80度，层间温度80-220度。

进一步，本发明的方法还包括对焊接后的钢板进行后热处理步骤，在焊接完成后或焊接过程中长时间停顿，需对钢板进行后热处理，处理温度为200-230度，处理时间为2小时。

进一步，在埋弧焊焊接过程中，可以进一步根据钢板的厚度和强度确定焊接热输入。

例如，对于厚度为100mm，型号为nvf690的高强度钢板，焊接热输入为20.5-34.29j/cm。

又例如，对于厚度为50mm，型号为nvf460的高强度钢板，焊接热输入可以为19-36j/cm。

本发明提出的方法可适用于型号为nvf690、nvf550、nvf460、nvf420、nvf36等多种超高强度的钢板。并且通过本发明钢板埋弧焊焊接方法在以上型号的钢板上形成的焊缝，在-60度的低温条件下，冲击性能能够达到规范要求。

以下例举，采用本发明的钢板埋弧焊焊接方法对厚度为100mm的nvf690超高强钢板和厚度为50mm的nvf460超高强钢板进行埋弧焊焊接试验，试验过程如下：

试验1：厚度为100mm的nvf690超高强钢板的埋弧焊焊接试验

步骤1：在nvf690超高强钢板上形成如图3所示的正面v型坡和背面v型坡口。

步骤2：对nvf690超高强钢板进行预热，预热温度130℃，层间温度不超过210℃，层间温度最低不能低于预热温度。

步骤3：采用如表1所示的焊接顺序和焊接试验工艺参数进行正面埋弧焊焊接和背面埋弧焊焊接。

表1100mmnvf690超高强钢板埋弧焊焊接试验工艺参数

焊道顺序对应为焊接的顺序，如“正面1”表示进行第一道正面焊道的焊接，“正面2”表示进行第二道正面焊道的焊接，“背面1”表示进行第一道背面焊道的焊接，依次类推。

步骤4：对埋弧焊焊接形成的焊缝进行冲击性能测试。

表2是对焊缝进行冲击性能测试得到的冲击值。

表2100mmnvf690超高强钢板埋弧焊焊接试验冲击值

通过对100mmnvf690超高强钢板的埋弧焊试验，在温度-60℃的条件下进行冲击测试时，焊缝的冲击性能良好，且其拉伸性能、弯曲性能均满足dnv-os-c401规范要求。

试验2：厚度为50mm的nvf460超高强钢板的埋弧焊焊接试验

步骤1：在nvf460超高强钢板上形成如图4所示的正面v型坡和背面v型坡口。

步骤2：对nvf460超高强钢板进行预热，预热温度80℃，层间温度不超过80-210℃。

步骤3：采用如表3所示的焊接顺序和焊接试验工艺参数进行正面埋弧焊焊接和背面埋弧焊焊接。

表350mmnvnvf460超高强钢板埋弧焊焊接试验工艺参数

步骤4：对埋弧焊焊接形成的焊缝进行冲击性能测试。

表4是对焊缝进行冲击性能测试得到的冲击值。

表450mmnvf640超高强钢板埋弧焊焊接试验冲击值

通过对厚度为50mm的nvf460超高强钢板的埋弧焊试验，在温度-60℃的条件下进行冲击测试时，焊缝的冲击性能良好，且其拉伸性能、弯曲性能均满足dnv-os-c401规范要求。

本发明的钢板埋弧焊焊接方法，因形成的v型坡口的钝边的长度及根部间隙的大小适当，使得在焊接过程中，可全程采用大电流埋弧焊焊接，不使用小电流，并且各焊接工艺参数设置适当，正面焊接时不会烧穿正面v型坡口的根部，因此无需进行背面清根、打磨，提高了焊接的效率。

此外，采用本发明的钢板埋弧焊焊接方法形成的焊缝在温度为-60度的条件下，冲击性能能够达到dnv等船级社的规范要求。

以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。