一种海工高强钢板的焊接方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及高强度、超高强度厚钢板在海洋工程结构制造中的焊接工艺，具体涉及一种海工高强钢板的焊接方法及应用。
【背景技术】
[0002]海洋工程及船舶建造中，越来越多地使用高强度甚至超高强度钢板，如Q500E等。由于海洋工程结构物及船舶越来越大型化，使得一些关键部件使用的钢板厚度超过25_，这些关键部件或部位处于较高的应力水平状态。为了消除高强钢厚板焊接过程产生的内应力，通常需要进行焊后热处理。问题在于，在现有技术的超高强度钢焊接中，由于焊接工艺约束，为了保证低温冲击韧性，焊后热处理温度一般不高于350°C，特别是Q500E钢的焊接。使用0)2气体保护药芯焊丝焊接，焊后热处理温度高于350°C以上，更难以保证焊缝冲击韧性满足vE-40°C多50J。问题在于，焊后热处理温度过低时，如350°C，难以保证快速消除工件中因焊接而产生的残余内应力，不具有经济性。因此，船级社规范一般要求去应力热处理温度大于550 °C。
[0003]350°C热处理，虽然可以保证焊缝冲击韧性，但要非常长的时间才能消除残余应力，不具有经济性；而550°C以上高温热处理，可以在短的时间消除应力，但普通焊接材料焊接的焊缝冲击吸收功低，难以达到船级社规范要求。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是需要焊后进行高温消除应力热处理(大于550°C)的海洋工程用大厚度高强钢板Q500E焊接。
[0005]一种海工高强钢板的焊接方法，其特征在于，焊接处采取非对称X型或K型坡口，坡口根部留设2± Imm的间隙，其中:
如果接头为对接接头，采取非对称X型坡口，坡口角度为40 ± 5°，采用CO2气保护药芯焊丝多层多道焊；
如果接头为T型接头，采取K型坡口，坡口角度为45 ± 5°，采用CO2气保护药芯焊丝多层多道焊；
此外，两侧的焊接厚度按如下方式设置:
设板厚为D，单位_，坡口根部平行于钢板平面的截面至钢板两平面的距离分别为Tl和 T2，其中 Tl 侧坡口浅，T2 侧坡口深，Tl < T2，Tl=l/2D-3mm ;T2=l/2D+3mm。
[0006]所述坡口角度为两坡口面之间的夹角。
[0007]优选地，上述海工高强钢板的焊接方法中，所述药芯焊丝为YCJ551K2，符合GB/T17493 E551T1-K2C-J，规格 Φ 1.2。
[0008]优选地，上述海工高强钢板的焊接方法中，具体焊接步骤如下:
(O距离坡口 500mm范围内预热到100°C ~250°C ；
(2 )在坡口深的T2侧采用药芯焊丝进行打底焊接3~4层，焊接厚度为(I/3~1/2 ) X T2，保持道间温度100°c -150°C ；
(3)在坡口浅的Tl侧，用碳弧气刨清根，深度5~6mm，用砂轮打磨出金属光泽，并与原坡口面形成平滑过渡；用药芯焊丝完成本侧焊接，保持道间温度100°C ~150°C ;
(4)在T2侧采用药芯焊丝进行剩余部分的焊接，保持道间温度100°C~150°C。
[0009]优选地，上述海工高强钢板的焊接方法中，还包括焊后进行消除应力的热处理步骤(5):焊完马上进炉进行升温，升温过程不超过65°C /h，升温至550~570°C保温，保温时间60min/25mm，保温10min以上，不足25mm的保温时间60min ;降温不大于65°C /h，温度低于300 °C出炉冷却。
[0010]本发明还提供上述海工高强钢板的焊接方法在要求焊后550°C以上去应力热处理后焊缝低温冲击韧性vE-40°C ^ 50J的钢板焊接中的应用。所述钢板优选为Q500E钢板。
[0011]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(I)焊接材料选择药芯焊丝YCJ551K2，规格Φ1.2，其符合GB/T17493 E551T1-K2C-J。具有低温冲击韧性好，焊接效率高的特点，可进行焊后高温去应力热处理。
[0012](2)本发明采取的X型或K型坡口，可降低焊接工作量，提高工作效率。
[0013](3)本发明采用较低的预热温度及道间温度，在确保避免焊接裂纹前提下，由于温度低，可减少热能消耗，具有高的经济性。
[0014](4)本发明采用的焊接顺序，可避免焊接构件出现预想外的焊接变形，同时避免产生焊接裂纹，以便于背面焊道清根操作，确保焊缝探伤检测达到要求。
[0015](5)本发明采用较高的焊后去应力热处理温度，在确保焊缝低温韧性满足要求的前提下，可快速消除焊接应力，使焊接结构达到预期要求，具有很高的经济性。
【附图说明】
[0016]图1是非对称X型坡口示意图；
图2是K型坡口示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0018]实施例1
50mm厚度Q500E横对接焊接，具体工艺及实施步骤:
①焊接材料
药芯焊丝YCJ551K2，规格Φ 1.2 ;C02气体，纯度99.95% ;焊接参数:电流220-230A,电压 26~27V，焊接速度 36~42cm/min。
[0019]②坡口形式
采取非对称X型坡口(如图1所示)，坡口角度Tl侧45°，T2侧40°，坡口根部留2mm间隙，两侧的厚度Tl侧22mm，T2侧28_。
[0020]③实施步骤为:
首先，在钢板两侧布置远红外加热装置，在距坡口 500mm范围内预热到100°C -150°C,并使用隔热毯防散热。
[0021]其次，在坡口深的一侧(T2侧)，采用YCJ551K2药芯焊丝进行打底焊接3~4层，焊接厚度约为14 mm，保持道间温度100°C ~150°C。
[0022]再次，在坡口浅的一侧(Tl侧)，用碳弧气刨清根，深度约6mm，用砂轮打磨出金属光泽，并与原坡口面形成平滑过渡；采用YCJ551K2药芯焊丝完成本侧焊接，保持道间温度100C ?150。。。
[0023]最后，在T2侧采用YCJ551K2药芯焊丝进行剩余部分的焊接，保持道间温度100C ?150。。。
[0024]焊完马上进炉进行升温，升温不超过50°C /h, 550~570°C保温，保温时间120min。保温时间到了降温，降温不大于50°C /h，温度280°C出炉冷却。
[0025]按上述工艺焊接试板并进行检测，结果如下:
①X射线探伤
按 GB/T3223-2005, I 级。
[0026]②侧弯曲试验
按d=5t，180弯曲，试样完好。
[0027]③夏比冲击试验
试验温度-40°C，冲击吸收功(J)如下表面焊缝中心:84,80