CN103071897B - 一种低温储罐用钢板的埋弧焊焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温储罐用钢板的埋弧焊焊接工艺，钢板屈服强度大于355MPa，抗拉强度为490-640MPa，延伸率大于22%，-60℃冲击功Akv≥40J，并为同板厚对接；匹配的焊丝抗拉强度>560MPa，-60℃冲击功Akv>100J，焊丝直径为4mm，焊剂为PH-H55LT；根据板厚的不同，埋弧焊坡口为V型或X型，坡口角度为60°±5°，钝边为0-6mm；焊前不预热；在焊接电流450~680A，焊接电压28~33V，焊接速度36~66cm/min，焊接热输入量10~40kJ/cm条件下连续施焊，使焊接填满为止，焊剂烘烤315℃×1小时，施焊层间温度控制在60℃～150℃。本发明可以防止焊接接头脆化，焊接接头具有优良的力学综合性能，实用性强，满足使用要求。

Description

一种低温储罐用钢板的埋弧焊焊接工艺

技术领域

本发明属于钢铁材料焊接领域，特别是涉及一种6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢板的埋弧焊焊接工艺。

背景技术

13MnNi6-3是一种低温储罐用钢，交货状态为正火，具有良好的冷弯性能、优良的焊接性能和低温冲击韧性（-60℃冲击功为27J以上），综合性能优良，主要应用于低温储罐等领域。为了掌握该钢种的焊接性、合理制定焊接工艺及焊后热处理工艺，使13MnNi6-3钢焊接接头性能满足低温储罐产品的使用要求，对13MnNi6-3钢板的冷裂纹敏感性、焊接热影响区组织性能、焊接工艺、焊后热处理性能及焊接接头综合力学性能进行了试验研究及评定。 

    为防止13MnNi6-3低温储罐用钢钢焊接接头的脆化问题，需要合理匹配焊接材料、优化焊接工艺参数、控制焊接热输入量。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温储罐用钢板的埋弧焊焊接工艺，采用该焊接工艺对6~50mm厚13MnNi6-3的低温储罐用钢板进行焊接，可以防止焊接接头脆化，焊接接头具有优良的力学综合性能，实用性强，满足使用要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种低温储罐用钢板的埋弧焊焊接工艺，其特征在于：该焊接工艺采用屈服强度ReH ≥355 MPa，抗拉强度Rm 490~640MPa，延伸率A ≥22%，-60℃冲击功Akv≥40J的低温储罐用钢板，其厚度为6mm-50mm，并为相同板厚组合对接，匹配的埋弧焊丝抗拉强度>540MPa，-60℃冲击功Akv>100J，焊丝直径为4mm，焊剂为PH-H55LT；当钢板规格30＜δ≤50mm时，钢板的屈服强度ReH ≥345 MPa，抗拉强度Rm 490~640MPa，延伸率A ≥22%，-60℃冲击功Akv≥27J；具体步骤如下：

1）板厚为6-20mm时采用V型坡口，板厚为20-50mm时采用X型坡口；

2）埋弧焊焊接工艺参数：焊前不预热，焊接电流450~ 680A，焊接电压28~33V，焊接速度36~66cm/min，焊接热输入量10~40kJ/cm；对钢板对接接头采用多层多道埋弧焊焊接，施焊层间温度控制在60℃～150℃。

本发明中，选用的埋弧焊丝的抗拉强度>560MPa，-60℃冲击功Akv>170J。所述焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.08-0.16%，Mn：1.70~2.20%，Si：≤0.05，S：≤0.03%，P：≤0.03%，Ni：0.80~1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，Cu：≤0.3%，余量为Fe及不可避免杂质。

V型坡口角度及X型坡口的正面坡口角度和反面坡口角度均为55°~60°，根部钝边0~1mm，坡口装配间隙为0~3mm。

本发明所述焊接接头力学综合性能优良的6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢焊接接头部位的力学性能为：抗拉强度Rm：≥490MPa，断裂位置为钢板；接头侧弯d=4a，180°合格；钢板表层和1/2厚度的焊缝、熔合线及线外2mm、5mm处-60℃冲击功Akv≥27J。

上述焊接接头强韧性优良的低温储罐用钢详细的焊接工艺方案制定及理由如下：

（1）焊接材料

针对所述钢，在选用焊接材料时，首先考虑的是焊缝金属的强度和-60℃冲击韧性与钢板尽可能匹配，选用埋弧焊丝抗拉强度Rm≥540MPa，所用焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10~0.18%，Mn：1.70~2.20%，Si：0.10~0.19%，S：≤0.03%，P：≤0.03%，Ni：0.80~1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，Cu：≤0.3%，余量为Fe及不可避免杂质。

（2）焊接冷裂纹敏感性试验

本发明按GB4675.1标准进行斜Y坡口焊接裂纹试验(又称小铁研试验)，用于评价对接接头焊接热影响区根部裂纹敏感性；按GB4675. 标准的规定进行表面堆焊硬度试验，用于评价钢材焊接冷裂纹倾向。通过不预热及不同焊前预热温度的上述试验，确定所用焊接接头力学综合性能优良的6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢在拘束条件下不预热焊接即可防止焊接冷裂纹的产生。

    （3）焊接热输入量

由于焊接热输入量变化影响焊接热循环过程，从而对焊接接头的焊缝金属和热影响区的组织和力学性能带来影响。本发明研究了不同焊接热输入量对6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢埋弧焊对接接头力学性能的影响，分别对焊接接头焊缝金属的拉伸性能、焊接接头各部位-60℃夏比V型缺口冲击功进行了测定。结果表明，焊接热输入量在10~40kJ/cm条件下，80mm厚力学综合性能优良的6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢埋弧焊焊接接头力学性能：抗拉强度Rm≥490MPa，-60℃冲击功Akv≥27J，接头侧弯d=4a，180°合格。

本发明具有如下优点：

1、本发明满足低温条件下焊接接头力学综合性能优良的6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢的焊接关键技术。采用合适的焊接材料和焊接工艺能够保证焊接接头强度不低于钢板和-60℃冲击韧性不低于27J的高标准设计要求，焊接接头具有优良的力学综合性能。

2、本发明实现了6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢板对接接头埋弧焊制造过程焊前不预热，焊后免除热处理的焊接工艺，在实施过程中，焊接接头力学性能优良，实用性强，适用于低温储罐用钢工程推广应用。

附图说明

图1是厚度6~10mm埋弧焊坡口采用的V型坡口示意图。

图2是厚度11~38mm埋弧焊坡口采用的不对称X型坡口示意图。

图3是厚度38~50mm埋弧焊坡口采用对称X型坡口示意图。

具体实施方式

实施例1

一种10mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢的埋弧焊焊接工艺，包括以下步骤：

采用正火热处理生产的屈服强度≥355MPa的强韧性优良的6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢，焊接试板组合为10mm+10mm，试板尺寸为800mm（长）×200mm（宽）×80mm（厚）；

匹配的焊接材料：

本发明所采用的埋弧焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10~0.18%，Mn：1.70~2.20%，Si：0.10~0.19%，S：≤0.03%，P：≤0.03%，Ni：0.80~1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，Cu：≤0.3%，余量为Fe及不可避免杂质。

焊丝直径为Φ4.0mm；                                                           

埋弧焊坡口采用V型坡口，见图1，坡口角度均为55°~60°，根部0~1mm钝边，坡口装配间隙为0~3mm。

焊接工艺参数：焊前不预热，焊接电流500A，焊接电压30V，焊接速度60cm/min，焊接热输入量15kJ/cm；对厚度为10mm+10mm组合钢板对接接头采用多层多道埋弧焊焊接，焊缝层间温度控制在20~120℃。

实施例2

一种20mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢的埋弧焊焊接工艺，包括以下步骤：

采用正火热处理生产的屈服强度≥355MPa的强韧性优良的20mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢，焊接试板组合为20mm+20mm。试板尺寸为800mm（长）×200mm（宽）×80mm（厚）；

匹配的焊接材料：

本发明所采用的埋弧焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10~0.18%，Mn：1.70~2.20%，Si：0.10~0.19%，S：≤0.03%，P：≤0.03%，Ni：0.80~1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，Cu：≤0.3%，余量为Fe及不可避免杂质。

焊丝直径为Φ4.0mm；                                                           

埋弧焊坡口采用不对称X型坡口，见图2，正面坡口和反面坡口角度均为55°~60°，根部钝边为0~1mm，坡口装配间隙为0~3mm。

焊接工艺参数：焊前不预热，焊接电流600A，焊接电压30V，焊接速度50cm/min，焊接热输入量20kJ/cm；对厚度为20mm+20mm组合钢板对接接头采用多层多道埋弧焊接，焊缝层间温度控制在20~120℃。

实施例3

一种38mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢的埋弧焊焊接工艺，包括以下步骤：

采用正火热处理生产的屈服强度≥345MPa的强韧性优良的38mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢，焊接试板组合为38mm+38mm。试板尺寸为800mm（长）×200mm（宽）×80mm（厚）；

匹配的焊接材料：

本发明所采用的埋弧焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10~0.18%，Mn：1.70~2.20%，Si：0.10~0.19%，S：≤0.03%，P：≤0.03%，Ni：0.80~1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，Cu：≤0.3%，余量为Fe及不可避免杂质。

焊丝直径为Φ4.0mm

埋弧焊坡口采用对称X型坡口，见图3，正面坡口和反面坡口角度均为55°~60°，根部钝边0~1mm，坡口装配间隙为0~3mm。

焊接工艺参数：焊前不预热，焊接电流600A，焊接电压30V，焊接速度50cm/min，焊接热输入量20kJ/cm；对厚度38mm+38mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在20~120℃。

经过上述实施例1~3的焊接方法对6~50mm厚13MnNi6-3低温储罐用钢进行埋弧焊焊接后，对焊接接头的力学性能进行检测。焊接接头的拉伸和侧弯性能如表1所示，冲击性能如表2所示。

表1 焊接接头的拉伸及侧弯性能

表2 焊接接头的冲击性能

可见，实施例1~3得到的焊接接头的综合力学性能优良，达到了良好的强韧性匹配。焊接接头抗拉强度Rm≥490MPa，-60℃冲击功单值Akv≥27J，接头侧弯d=4a，180°合格。并且本专利提供的工艺实施方式简单，适用性很强。

Claims (2)

1.一种低温储罐用钢板的埋弧焊焊接工艺，其特征在于：该焊接工艺采用屈服强度ReH ≥355 MPa，抗拉强度Rm 490~640MPa，延伸率A ≥22%，-60℃冲击功Akv≥40J的低温储罐用钢板，其厚度为6mm-50mm，并为相同板厚组合对接，匹配的埋弧焊丝抗拉强度>540MPa，-60℃冲击功Akv>100J，焊丝直径为4mm，焊剂为PH-H55LT；当钢板规格30＜δ≤50mm时，钢板的屈服强度ReH ≥345 MPa，抗拉强度Rm 490~640MPa，延伸率A ≥22%，-60℃冲击功Akv≥27J；具体步骤如下：

1）板厚为6-20mm时采用V型坡口，板厚为20-50mm时采用X型坡口；V型坡口角度及X型坡口的正面坡口角度和反面坡口角度均为55°~60°，根部钝边0~1mm，坡口装配间隙为0~3mm；

2）埋弧焊焊接工艺参数：焊前不预热，焊接电流450~ 680A，焊接电压28~33V，焊接速度36~66cm/min，焊接热输入量10~40kJ/cm；对钢板对接接头采用多层多道埋弧焊焊接，施焊层间温度控制在60℃～150℃；所述焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.08-0.16%，Mn：1.70~2.20%，Si：≤0.05，S：≤0.03%，P：≤0.03%，Ni：0.80~1.00%，Cr：≤0.01%，Mo：≤0.01%，V：≤0.01%，Cu：≤0.3%，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的低温储罐用钢板的埋弧焊焊接工艺，其特征在于：选用的埋弧焊丝的抗拉强度>560MPa，-60℃冲击功Akv>170J。