一种用于P690QL1钢药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接方法与流程

本发明属于金属焊接领域，具体涉及一种高强度压力容器用调质钢p690ql1的焊接，用于p690ql1钢药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接方法。

背景技术：

目前液化石油气(lpg)储罐的容积不断地增大，从几千立方到上万立方，罐体的直径达到了16米。lpg储罐的大型化离不开高强度钢的应用。p690ql1钢为屈服强度不低于690mpa的细晶粒调质钢，执行en10028.6-2003标准规范。

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。专利cn103433603b公开了一种p690ql1高强度钢的等强匹配埋弧焊焊接方法，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safb155ac焊剂，其中所述焊丝化学成分满足以下要求：c:0.07～0.15％，si:0.10～0.25％，mn：1.20～1.80％，p≤0.020％，s≤0.020％，cr:0.30～0.85％，ni: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℃；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℃×2h；4)焊接后进行消氢热处理，保温1-2小时，保温温度为250℃～300℃；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℃，保温2小时。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。

由于目前lpg储罐罐体的大型化，罐体成型组装拼焊存在较大的应力，且p690ql1钢焊后容易出现冷裂纹。若按上述专利直接采用等强度匹配焊材焊接的话，焊接第一层后，由于应力的存在，极容易出现裂纹。因此，必须选用合适的焊材及焊接工艺，充分考虑大罐体直径本身存在的组装、焊接应力，才能有效地保证高强度钢焊接接头的质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免现有p690ql1钢焊接常规技术中的不足之处，提供一种质量容易控制的药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于p690ql1钢药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接方法，所述药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接坡口采用x型坡口，坡口角度60°，坡口间隙为2～3mm；所述药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接方法包括第一层打底焊接和正面、背面填充盖面焊接，所述第一层打底焊接所采用的药芯焊丝型号为awsa5.36e71t1-c1a4-cs1，所述正面、背面填充盖面焊接所采用的药芯焊丝型号为awsa5.29e111t1-k3mjh4。

在本领域常规技术中，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。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℃横向冲击功akv≥40j。发明人通过不断地试验，发现选用低强度的焊材焊接第一道焊道，可有效避免应力产生，降低了裂纹出现的几率(由于第一道的焊材为低强度，韧性好，其能很好地抵御和吸收第一道焊接时产生的收缩应力)。本发明采用两种不同强度的焊接材料进行焊接，打底焊接所用焊材为e71t1-c1a4-cs1，正面、背面填充盖面焊接所用焊材为e111t1-k3mjh4，上述焊接焊材配合x型坡口，坡口角度60°，坡口间隙为2～3mm，在实际产品生产中一次合格率达到98％。采用本发明所述方法焊接p690ql1钢板，焊接接头具有优良的接头综合性能。

优选地，所述正面、背面填充盖面焊接操作过程中控制热输入量(焊接线能量)少于0.8kj/mm。焊接线能量较小时焊缝金属的硬度越接近母材的硬度。

优选地，所述正面、背面填充盖面焊接采用多层多道焊接，层间温度控制不超过250℃。

具体地，所述焊接方法还包括背面清根，背面清根时将第一层打底焊接所填充的焊材使用碳弧气刨清除干净。

所述第一层打底焊接药芯焊丝型号为awsa5.36e71t1-c1a4-cs1，抗拉强度rm490～660mpa，延伸率a≥22，-40℃冲击功akv≥27j；所述正面、背面填充盖面焊接药芯焊丝型号为awsa5.29e111t1-k3mjh4，屈服强度re1≥690mpa，抗拉强度rm≥770mpa，延伸率a≥21，-40℃冲击功akv≥41j。

一种用于p690ql1钢药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：

s1.药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接坡口采用x型坡口，坡口角度60°，坡口间隙为2～3mm；

s2.将p690ql1钢板预热至120～150℃；

s3.第一层打底焊接，焊接工艺参数为焊接电流160～180a，电弧电压23～25v，焊接速度9.0～10cm/min；

s4.正面填充盖面焊接，焊接工艺参数为焊接电流170～200a，电弧电压23～26v，焊接速度35～45cm/min；焊接过程中只允许微小摆动，控制热输入量少于0.8kj/mm；

s5.背面碳弧气刨清根，将第一层打底焊接所填充的焊丝全部清除干净；

s6.背面填充盖面焊接，焊接工艺参数为焊接电流170～200a，电弧电压23～26v，焊接速度35～45cm/min；焊接过程中只允许微小摆动，控制热输入量少于0.8kj/mm；

s7.焊接完成后进行消氢处理，保温2小时，保温温度250～300℃。

优选地，s1所述x型坡口的x形状上部分的高度为25mm，下部分的高度为15mm。通过对x型坡口的结构研究和受力分析，x形状上部分的高度为25mm，下部分的高度为15mm时，焊接应力小，变形小，焊接接头具有优良的力学性能。

优选地，s2所述预热的区域为p690ql1钢板的焊接坡口及坡口两侧100mm范围内。

优选地，所述x型坡口采用机械刨边方式加工制得，对x型坡口内部及其两侧35～45mm范围内进行打磨，严格清除氧化皮、铁锈、熔渣、油漆、油污、泥灰、水渍，直至坡口及其两侧表面露出金属光泽。

优选地，焊接时以二氧化碳和氩气为保护气体，二氧化碳和氩气的体积比为1-2:10。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用两种不同强度的焊接材料对p690ql1钢板进行焊接，打底焊接所用焊材为e71t1-c1a4-cs1，正面、背面填充盖面焊接所用焊材为e111t1-k3mjh4，选用低强度的焊材焊接第一道焊道，可有效避免应力产生，降低裂纹出现的几率。所述焊接材料配合x型坡口，坡口角度60°，坡口间隙为2～3mm，在实际产品生产中一次合格率达到98％。采用本发明所述方法焊接p690ql1钢板，焊接接头具有优良的接头综合性能。该方法适用范围广，可用于p690ql1钢板全位置焊接。

附图说明

图1是本发明的焊接坡口的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例以及附图，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。

实施例1：

本实施例的一种用于p690ql1钢药芯焊丝熔化极气体保护焊焊接方法，该方法包括以下步骤：

s1.药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接坡口采用不等厚x型坡口，正面25mm，背面15mm，坡口角度60°，坡口间隙为2mm；

s2.将p690ql1钢板坡口及两侧100mm范围内预热到120℃；

s3.第一层打底焊接，所使用焊材为e71t1-c1a4-cs1，焊接工艺参数为焊接电流160a，电弧电压23v，焊接速度9.0cm/min；

s4.正面填充盖面焊接，所使用焊材为e111t1-k3mjh4，焊接工艺参数为焊接电流170a，电弧电压23v，焊接速度35cm/min；焊接过程中只允许微小摆动，控制热输入量少于0.8kj/mm；

s5.背面碳弧气刨清根，将第一层打底焊接所填充的焊丝全部清除干净；

s6.背面填充盖面焊接，所使用焊材为e111t1-k3mjh4，焊接工艺参数为焊接电流170a，电弧电压23v，焊接速度35cm/min；焊接过程中只允许微小摆动，控制热输入量少于0.8kj/mm；

s7.焊接完成后进行消氢处理，保温2小时，保温温度250℃。

实施例2：

本实施例的一种用于p690ql1钢药芯焊丝熔化极气体保护焊焊接方法，该方法包括以下步骤：

s1.药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接坡口采用不等厚x型坡口，正面25mm，背面15mm，坡口角度60°，坡口间隙为3mm；

s2.将p690ql1钢板坡口及两侧100mm范围内预热到150℃；

s3.第一层打底焊接，所使用焊材为e71t1-c1a4-cs1，焊接工艺参数为焊接电流180a，电弧电压25v，焊接速度10cm/min；

s4.正面填充盖面焊接，所使用焊材为e111t1-k3mjh4，焊接工艺参数为焊接电流200a，电弧电压26v，焊接速度45cm/min；焊接过程中只允许微小摆动，控制热输入量少于0.8kj/mm；

s5.背面碳弧气刨清根，将第一层打底焊接所填充的焊丝全部清除干净；

s6.背面填充盖面焊接，所使用焊材为e111t1-k3mjh4，焊接工艺参数为焊接电流200a，电弧电压26v，焊接速度45cm/min；焊接过程中只允许微小摆动，控制热输入量少于0.8kj/mm；

s7.焊接完成后进行消氢处理，保温2小时，保温温度300℃。

实施例3：

本实施例的一种用于p690ql1钢药芯焊丝熔化极气体保护焊焊接方法，该方法包括以下步骤：

s1.药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接坡口采用不等厚x型坡口，正面25mm，背面15mm，坡口角度60°，坡口间隙为3mm；

s2.将p690ql1钢板坡口及两侧100mm范围内预热到140℃；

s3.第一层打底焊接，所使用焊材为e71t1-c1a4-cs1，焊接工艺参数为焊接电流170a，电弧电压24v，焊接速度10cm/min；

s4.正面填充盖面焊接，所使用焊材为e111t1-k3mjh4，焊接工艺参数为焊接电流190a，电弧电压25v，焊接速度40cm/min；焊接过程中只允许微小摆动，控制热输入量少于0.8kj/mm；

s5.背面碳弧气刨清根，将第一层打底焊接所填充的焊丝全部清除干净；

s6.背面填充盖面焊接，所使用焊材为e111t1-k3mjh4，焊接工艺参数为焊接电流190a，电弧电压25v，焊接速度40cm/min；焊接过程中只允许微小摆动，控制热输入量少于0.8kj/mm；

s7.焊接完成后进行消氢处理，保温2小时，保温温度280℃。

对比例1

与实施例3相比，区别在于第一层打底焊接和正面、背面填充盖面焊接均采用焊材e111t1-k3mjh4，其它操作与实施例3相同。

对比例2

与实施例3相比，区别在于正面、背面填充盖面焊接的焊接工艺参数不同，焊接工艺参数为焊接电流400a，电弧电压30v，焊接速度40cm/min，线能量为2kj/mm，其它操作与实施例3相同。

力学性能检测(评定标准：中国船级社材料与焊接规范2016)

将实施例1-3和对比例1、对比例2焊接的p690ql1钢板的对接接头进行力学性能检测，检测方法为：iso4136-2012焊接的破坏试验金属材料-横向拉伸试验测试横向抗拉强度；iso5178-2011金属材料焊接的破坏性试验-纵向拉伸试验测试纵向抗拉强度；iso5173-2010破坏性试验焊接的金属材料-弯曲试验测试180°焊缝弯曲；iso9016-2012金属材料焊接的破坏性试验-冲击试验测试-40℃冲击功，冲击功测试本发明采用四件试样分别测试。测试结果如表1所示。

表1焊接接口力学性能检测结果

从表1数据可看出，本发明的焊接方案，采用两种不同强度的焊接材料进行焊接，所获得的焊接接头具有优良的接头综合性能，横向抗拉强度大于等于823mpa，纵向抗拉强度大于等于877mpa，屈服强度大于等于838mpa，-40℃冲击功大于等于51akv，180°焊缝弯曲合格。对比例1采用相同的焊接材料进行焊接，所获得的焊接接头各项测试性能稍微下降，且180°焊缝弯曲出现裂缝。对比例2的焊接工艺参数与本发明不同，所获得的焊接接头各项测试性能显著降低。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本发明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。