高锰钢与316L异种钢的焊接方法与流程

本发明涉及一种高锰钢与316l异种钢的焊接方法，尤其涉及一种适用于超低温环境以及厚钢板的高锰钢与316l异种钢的焊接方法。

背景技术：

1、高锰钢为一种低温性能优异的特殊钢种，主要用于lng储运设施的建造，例如运输船舶、陆上储罐等。lng的高锰钢储罐在建造中，除了需要建造罐体本身外，罐体还需要连接送料管，而送料管一般为316l不锈钢管，因此涉及到异种材料的连接。目前高锰钢作为罐体与异种钢的焊接尚未形成成熟方法；同时因其结构设计特点，也无法实现自动焊接。

2、在高锰钢与316l异种钢的焊接过程中，是否有较宽的焊接工艺窗口，焊接后其接头性能，特别是焊接接头的低温冲击韧性，要考虑母材稀释带来的影响，同时避免焊缝中出现淬硬组织。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有焊接方法存在的焊接接头低温力学性能不佳、焊接工艺窗口狭窄等不足，本发明旨在提供一种适于低温介质储运的高锰钢与316l异种钢的焊接方法。

2、技术方案：本发明的高锰钢与316l异种钢的焊接方法包括以下步骤：

3、(1)准备钢板和焊材；其中，母材的焊接坡口为x型，坡口角度为50～60°，坡口钝边厚度为1～3mm，坡口间隙为1～3mm；

4、(2)焊接：采用电弧焊，焊接电流为100～140a，电弧电压为20～25v，焊接速度为12～17cm/min，焊接热输入为8～16kj/cm；层间温度≤100℃，反面焊接前进行清根处理。

5、优选，上述钢板厚度为16～30mm，更优选为16mm、20mm和30mm。

6、优选，上述坡口角度为50°、55°、60°；坡口钝边厚度与坡口间隙的比为0.8:1～1:1；其中，坡口钝边厚度最优选为2～2.5mm，坡口间隙最优选为2.5～3mm；具体地，坡口钝边厚度为2mm时坡口间隙为2mm，坡口钝边厚度为2.5mm时坡口间隙为3mm，坡口钝边厚度为2mm时坡口间隙为2.5mm。

7、优选，上述焊接热输入为8kj/cm、12kj/cm、16kj/cm；层间温度为35～100℃，更优选为40～100℃，最优选为45～100℃。

8、优选，焊接电流为100a、130a、135a；电弧电压为21v、23v、24v；焊接速为12～15cm/min，更优选为12cm/min、15cm/min。

9、焊接前无需预热，进行反面焊接前需进行清根处理。

10、优选，上述焊材的直径为3.2mm。

11、优选，以质量百分比计，上述高锰钢的成分包含c：0.35％～0.55％，mn：22％～26％，si：0.10％～0.50％，s：≤0.01％，p：≤0.03％，ni：≤2.50％，cr：3.0％～4.0％，cu：0.3％～0.7％，余量为fe和不可避免的杂质元素；其屈服强度≥400mpa，抗拉强度≥800～970mpa，延伸率≥22％，-196℃冲击功kv2≥27j，95％以上的微观组织结构为奥氏体。

12、焊材的成分包含c：≤0.04％，mn：0.5％～2.5％，si：≤1.00％，s：≤0.03％，p：≤0.03％，cr：21.0％～25.0％，ni：14.0％～16.0％，mo：2.0％～3.0％，余量为fe和不可避免杂质元素；其熔敷金属-196℃低温冲击功kv2≥34j，焊丝抗拉强度≥490mpa。

13、316l不锈钢的成分包含c：≤0.04％，mn：0.50％～2.50％，si：≤0.90％，s：≤0.02％，p：≤0.03％，ni：11.0％～14.0％，cr：17.0％～20.0％，mo：0.3％～0.7％，cu：≤0.75％，余量为fe和不可避免的杂质元素；屈服强度≥177mpa，抗拉强度≥480mpa，延伸率≥40％，-196℃冲击功kv2≥34j。

14、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

15、1、焊缝及热影响区奥氏体晶粒无明显增长，能够保证力学性能，-196℃冲击功kv2≥27j、抗拉强度≥480mpa、焊接接头纵向面弯d＝4a，180°合格，力学性能满足多种低温环境使用需要；

16、2、采用焊条电弧焊进行焊接，焊条可达性好，有利于推广与使用；工艺窗口适当，操作性强，无需特殊设备及工艺条件，适于多种规格厚钢板的加工以及多作业场景。

技术特征：

1.一种高锰钢与316l异种钢的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述钢板厚度为16～30mm。

3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述坡口钝边厚度与坡口间隙的比为0.8:1～1:1。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，坡口钝边厚度为2～2.5mm，坡口间隙为2.5～3mm。

5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接速度为12～15cm/min。

6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述层间温度为35～100℃。

7.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述层间温度为40～100℃。

8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊材的直径为3.2mm。

9.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，以质量百分比计，所述高锰钢的成分包含c：0.35％～0.55％，mn：22％～26％，si：0.10％～0.50％，s：≤0.01％，p：≤0.03％，ni：≤2.50％，cr：3.0％～4.0％，cu：0.3％～0.7％，余量为fe和不可避免的杂质元素。

10.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，以质量百分比计，所述焊材的成分包含c：≤0.04％，mn：0.5％～2.5％，si：≤1.00％，s：≤0.03％，p：≤0.03％，cr：21.0％～25.0％，ni：14.0％～16.0％，mo：2.0％～3.0％，余量为fe和不可避免杂质元素。

技术总结
本发明公开了一种高锰钢与316L异种钢的焊接方法，采用电弧焊，母材的焊接坡口为X型，坡口角度为50～60°，坡口钝边厚度为1～3mm，坡口间隙为1～3mm；焊接电流为100～140A，电弧电压为20～25V，焊接速度为12～17cm/min，焊接热输入为8～16kJ/cm；层间温度不超过100℃，反面焊接前进行清根处理。该方法的焊缝及热影响区‑196℃冲击功KV<subgt;2</subgt;≥27J、抗拉强度≥480MPa、焊接接头纵向面弯d＝4a，180°合格，力学性能满足多种低温环境使用需要；工艺窗口适当，操作性强，无需特殊设备及工艺条件，适于多种规格厚钢板的加工以及多作业场景。

技术研发人员：汪晶洁,闫旭强,田浩,孙超
受保护的技术使用者：南京钢铁股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13