一种海洋工程用钢板焊接工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种海洋工程用钢板焊接工艺，步骤包括：1）确认被焊钢板的焊接冷裂纹敏感指数Pcm和低温冲击功KV2满足要求；2）加工及装配单面直边V字型坡口，在坡口背面贴装圆柱形陶瓷衬垫；3）对钢板进行预热，然后使用实芯焊丝富氩气体保护焊焊进行打底焊接；4）使用交流埋弧自动焊进行填充及盖面焊接；5）去掉背面陶瓷衬垫，随后使用交流埋弧自动焊焊接一道完成背部盖面；6）对焊后钢板进行消氢处理。通过优选母材及焊材，合理的坡口设计、焊前预热、焊接工艺参数及焊后消氢处理制度，实现了低温冲击韧性优良海洋工程用钢板的优质、高效焊接。
【专利说明】
一种海洋工程用钢板焊接工艺
技术领域
[0001] 本发明特种焊接技术领域，尤其是涉及一种海洋工程用钢板焊接工艺，采用该工 艺焊接后的接头处抗低温性和韧性均好。
【背景技术】
[0002] 随着对海洋油气资源开发向极寒海域的不断拓展，为使油气开采平台能够承受风 暴、潮汐、甚至地震等恶劣环境下的严苛载荷考验，对海洋平台所用钢板的低温韧性要求不 断提高，对应的，对-60 °C低温冲击功KV2多47J(冲击功的平均值)的钢板需求量不断增加。
[0003] 由于焊接接头存在冷裂倾向、应力集中、焊接热影响区组织脆化等不利因素，成为 海洋平台上最为薄弱的结构部位。而对于在低温海洋环境中服役的油气平台，焊接接头是 否具有与母材相当的优良低温韧性，成为决定平台服役安全的关键问题。
[0004] 海洋工程用钢板可通过合理的成分设计、TMCP工艺参数控制、热处理等多种技术 手段，来获得足够细化的晶粒以满足低温韧性的需要。而要使焊接接头具有与母材相当的 优良焊接低温韧性，则只能通过合理的焊接工艺来实现。因此一种能在施工现场高效实施、 并能确保焊接接头符合要求的接头焊接工艺成为决定海洋油气平台服役安全的关键技术。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种海洋工程用钢板焊接工 艺，该工艺通过母材优选、合理的坡口设计、焊前预热、焊接工艺参数的合理选择以及焊后 热处理等，实现了可用于恶劣环境下的钢板焊接过程，采用的技术方案是:一种海洋工程用 钢板焊接工艺，其特征在于:所述焊接工艺包括以下步骤：
[0006] 1)焊接前确认待焊钢板的焊接冷裂敏感指数Pcm和低温冲击功KV2符合要求；
[0007] 2)加工及装配单边V字形坡口，并在所述坡口背面贴装陶瓷衬垫；
[0008] 3)对待焊钢板进行预热；
[0009] 4)采用实芯焊丝富氩气体保护焊对所述坡口进行打底焊接；
[0010] 5)使用交流埋弧自动焊对所述坡口进行填充和盖面焊接；
[0011] 6)去掉所述陶瓷衬垫，并用交流埋弧焊自动焊焊接完成背面盖面；
[0012] 7)对焊接后钢板进行消氢处理。
[0013] 本发明的技术特征还有：所述步骤1)中，待焊接钢板牌号为FH40，厚度为60~ 80mm，Pcm彡 0 · 22，-60 °CKV2 彡 47 J。
[0014]本发明的技术特征还有:所述步骤2)中V字形坡口角度为30°，坡口无钝边，坡口根 部间隙为6mm，反变形角度为4°~5°。
[0015]本发明的技术特征还有:所述步骤3)中预热温度为80 °C~100 °C。
[0016] 本发明的技术特征还有:所述步骤4)中，实芯焊丝富氩气体保护焊的焊丝牌号为 奥林康CARBOFIL Nil，焊丝直径为cplJmm。
[0017] 本发明的技术特征还有:所述步骤5)和步骤6)中，所述交流埋弧自动焊的线能量 为25~30KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36,焊丝直径为(p4,〇mm ,焊剂牌号为神钢PF-H55LT， 焊剂用前经250°C烘干lh。
[0018] 本发明的技术特征还有:所述步骤7)中，消氢处理温度为150°C，保温时间为48h。
[0019] 本发明的技术特征还有:所述步骤2)中陶瓷衬垫直径为7_。
[0020] 本发明的有益效果在于：1)预热+中等线能量焊接+焊后消氢处理等措施的使用， 有效降低焊接接头冷裂倾向，并防止焊接热影响区的粗晶区晶粒过分长大，确保焊接热影 响区的低温冲击韧性满足母材标准要求，最终实现低温韧性优良海工钢的优质、高效焊接。
[0021] 焊接线能量是影响焊缝和热影响区韧性的关键因素。焊接线能量过小，焊缝冷速 快，会致使焊缝扩散氢含量高，以及焊接热影响区淬硬，不利于焊接接头优良低温韧性的获 得。焊接线能量过大，焊缝冷速过慢，会致使有益的氧化物或氮化物溶解，焊缝和焊接热影 响区晶粒过分长大，并产生不利韧性的上贝氏体等组织，最终导致焊接接头低温韧性不良。 本发明技术方案采用25~30KJ/cm中等线能量，在保证较高焊接效率的同时，更确保焊缝和 焊接热影响区的晶粒大小和组织类型满足优良低温冲击韧性的要求。焊缝中的扩散氢过高 不但会增加焊接接头的冷裂倾向，对接头的韧性也有不利影响。本发明技术方案采用预热 和焊后消氢处理措施，有效降低了焊缝中的扩散氢含量，进一步保证了焊接接头优良低温 冲击韧性的获得。
[0022] 2)小角度、宽根部间隙的单面直边V字型坡口，并配以适当反变形，在减少焊接填 充量的同时，降低接头部位拘束度，有助于焊接热影响优良低温冲击韧性的获得。
[0023] 众所周知，只在钢板的一面施焊，焊接的道数越多，钢板的角变形倾向越大。若采 取刚性拘束措施限制角变形，又会增大内应力和冷裂倾向，进而对接头的低温冲击韧性造 成不良影响。本发明技术方案采用坡口的横截面积较传统不带直边的60°V字型坡口大为减 小，可以有效降低焊接道数。采用6mm的宽根部间隙，有助于埋弧焊填充焊接时的脱渣和焊 渣清理。在坡口背面贴装圆柱形陶瓷衬垫，免除了背面碳弧气刨清根，既提高了焊接效率， 更重要的是避免了碳弧气刨可能造成的焊接热影响区增碳和组织恶化可能，有助于优良低 温冲击韧性的获得。配以4~5°的反变形，降低了焊接接头部位的拘束度，也有助于优良低 温冲击韧性的获得。
[0024] 3)采用优选的焊材，确保焊缝的强韧性与母材匹配。焊材是确保焊缝强韧性与母 材匹配的根本，同时焊材的化学成分也会对焊接热影响区紧邻熔合线的部位的成分和性能 造成影响。由于根部焊缝冷速快，熔合比大，因此根部焊缝较填充和盖面焊缝更易产生对韧 性不良的淬硬组织，本发明技术方案在采用富氩气体保护焊进行打底焊接，选用奥林康 CARBOFIL Ni 1实芯焊丝，获得的打底焊缝氢含量低，低温冲击韧性好。采用交流埋弧自动焊 焊进行填充和盖面焊接，焊丝牌号为神钢US-36,焊剂牌号为神钢PF-H55LT，在确保高效焊 接的同时，并最终获得满足强度和韧性要求的优质焊缝。
【附图说明】
[0025] 附图1是本发明中坡口示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行说明。本发明公开了一种海洋工程 用钢板焊接工艺，其特征在于:所述焊接工艺包括以下步骤：
[0027] 1)焊接前确认待焊钢板的焊接冷裂敏感指数Pcm和低温冲击功KV2符合要求；
[0028] 2)加工及装配单边V字形坡口，并在所述坡口背面贴装陶瓷衬垫；
[0029] 3)对待焊钢板进行预热；
[0030] 4)采用实芯焊丝富氩气体保护焊对所述坡口进行打底焊接；
[0031 ] 5)使用交流埋弧自动焊对所述坡口进行填充和盖面焊接；
[0032] 6)去掉所述陶瓷衬垫，并用交流埋弧焊自动焊焊接完成背面盖面；
[0033] 7)对焊接后钢板进行消氢处理。
[0034] 实施例1:60mm厚FH40钢板，交流埋弧自动焊线能量25KJ/cm。
[0035] 1)确认被焊钢板的焊接冷裂纹敏感指数Pcm和低温冲击功KV2满足要求，Pcm彡 0 · 22，-60 °CKV2彡47 J;其中Pcm指数按照以下公式计算：
[0036]
[0037] 幻那丄及装K早囬且辺V子型坂U (囹1)，开在坡口背面贴装圆柱形陶瓷衬垫，坡 口角度30°，无钝边，坡口根部间隙为6_，反变形角度为5°，陶瓷衬垫的直径为7_;
[0038] 3)对钢板进行预热，预热温度为100°C。然后使用实芯焊丝富氩气体保护焊进行打 底焊接，焊丝牌号为奥林康CARBOFIL Ni 1，焊丝直径为cpL2mm。保护气体为80%Ar+20% C02混合气，保护气体流量18L/Min，焊接电流为160A，焊接电压为23V，焊接速度为160mm/ Min；
[0039] 4)使用交流埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，交流埋弧自动焊的线能量25KJ/cm， 焊丝牌号为神钢US-36,焊丝直径为q)4.0mm ,焊剂牌号为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250°C 烘干lh，焊接电流为500A，焊接电压为25V，焊接速度为300mm/Min，层间温度80°~150° ;
[0040] 5)去掉背面陶瓷衬垫，随后使用交流埋弧自动焊焊接一道完成背部盖面，交流埋 弧自动焊的线能量25KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36,焊丝直径为(p4.0mm ,焊剂牌号为神钢 PF-H55LT，焊剂用前经250 °C烘干lh，焊接电流为500A，焊接电压为25V，焊接速度为300mm/ Min，层间温度80~150° ;
[0041] 6)对焊后钢板进行消氢处理，消氢处理温度为150°C，保温时间为48h。
[0042] 7)对焊接接头进行超声波探伤，探伤结果达到GB/T 11345-1989标准规定的I级要 求，力学性能检测结果满足相关标准要求(表1、表2)。
[0043] 实施例2:80mm厚FH40钢板，埋弧自动焊线能量30KJ/cm。
[0044] 1)确认被焊钢板的焊接冷裂纹敏感指数Pcm和低温冲击功KV2满足要求，Pcm彡 0 · 22，-60 °CKV2彡47 J;其中Pcm指数按照以下公式计算：
[0045]
[0046] 2)加工及装配单面直边V字型坡口（图1 )，并在坡口背面贴装圆柱形陶瓷衬垫，坡 口角度30°，无钝边，坡口根部间隙为6_，反变形角度为4°，陶瓷衬垫的直径为7_;
[0047] 3)对钢板进行预热，预热温度为100°C。然后使用实芯焊丝富氩气体保护焊进行打 底焊接，焊丝牌号为奥林康CARBOFIL Ni 1，焊丝直径为q>1.2mm。保护气体为80%Ar+20% C02混合气，保护气体流量18L/Min，焊接电流为160A，焊接电压为23V，焊接速度为160mm/ Min；
[0048] 4)使用交流埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，交流埋弧自动焊的线能量30KJ/cm， 焊丝牌号为神钢US-36,焊丝直径为(p4,0mm ,焊剂牌号为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250°C 烘干lh，焊接电流为600A，焊接电压为28V，焊接速度为330mm/Min，层间温度80°~150° ;
[0049] 5)去掉背面陶瓷衬垫，随后使用交流埋弧自动焊焊接一道完成背部盖面，交流埋 弧自动焊的线能量30KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36,焊丝直径为q)4.0mm ,焊剂牌号为神钢 PF-H55LT，焊剂用前经250 °C烘干lh，焊接电流为600A，焊接电压为28V，焊接速度为330mm/ Min，层间温度80°~150° ;
[0050] 6)对焊后钢板进行消氢处理，消氢处理温度为150°C，保温时间为48h。
[00511 7)对焊接接头进行超声波探伤，探伤结果达到GB/T 11345-1989标准规定的I级要 求，力学性能检测结果满足相关标准要求(表1、表2)。
[0052]表1焊接接头拉伸试验结果(Rm/Mpa)
[0053]
[0054] 表2焊接接头冲击试验结果(_60°CKV2/J)
[0055]
[0056] 注:FL为熔合线，7"后数值为该组平均值。
【主权项】
1. 一种海洋工程用钢板焊接工艺，其特征在于:所述焊接工艺包括以下步骤： 1) 焊接前确认待焊钢板的焊接冷裂敏感指数Pcm和低温冲击功KV2符合要求； 2) 加工及装配单边V字形坡口，并在所述坡口背面贴装陶瓷衬垫； 3) 对待焊钢板进行预热； 4) 采用实芯焊丝富氩气体保护焊对所述坡口进行打底焊接； 5) 使用交流埋弧自动焊对所述坡口进行填充和盖面焊接； 6) 去掉所述陶瓷衬垫，并用交流埋弧焊自动焊焊接完成背面盖面； 7) 对焊接后钢板进行消氢处理。2. 按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤1)中，待焊接钢板牌号为 ?財0，厚度为60~80臟，卩〇11彡0.22，-60。(：1^2彡47了。3. 按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于:所述步骤2)中V字形坡口角度为30°， 坡口无钝边，坡口根部间隙为6mm，反变形角度为4°~5°。4. 按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于:所述步骤3)中预热温度为80°C~100 Γ。5. 按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于:所述步骤4)中，实芯焊丝富氩气体保 护焊的焊丝牌号为奥林康CARBOFIL Nil，焊丝直径为φ1.2ηηη%6. 按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于:所述步骤5)和步骤6)中，所述交流埋 弧自动焊的线能量为25~30KJ/cm，焊丝牌号为神钢US-36,焊丝直径为cp4.0mm ,焊剂牌号 为神钢PF-H55LT，焊剂用前经250°C烘干lh。7. 按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于:所述步骤7)中，消氢处理温度为150 °C，保温时间为48h。8. 按照权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于:所述步骤2)中陶瓷衬垫直径为7_。
【文档编号】B23K9/16GK105945403SQ201610444097
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】李敏, 徐洪庆, 李旺生, 王焕洋, 朱延山, 王南辉
【申请人】山东钢铁股份有限公司