[發明專利]一種80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝

有效

• 申請號: 201210393736.0
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102873439A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 鄧偉;崔強;李麗;車馬俊;吳年春;尹雨群;劉朝霞;李恒坤
• 申請（專利權）人: 南京鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23K9/18
• 分類號: B23K9/18;B23K9/235;B23K33/00;B23K35/30
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 任立;姚姣陽

技術領域

本發明屬于鋼鐵材料焊接領域，特別是涉及一種焊接接頭強韌性優良的80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊焊接工藝。

背景技術

隨著全球石油天然氣能源需求的急劇增長、陸地資源日益枯竭和開采的難度日益加大，廣闊的海洋已經成為全球石油天然氣資源開采新的增長點，海洋工程裝備制造業也日益成為世界各國著力發展的重點領域。我國海洋石油及天然氣開發步伐逐步向深海邁進，大型海洋采油平臺將會得到迅速發展，對采油平臺用鋼的厚度規格及強韌性也要求越來越高。

海洋采油平臺在開發油氣田工程中起著支撐所有設備及井架的作用，屬于持續承受重壓的大型構件，其重要性不言而喻。同時，海洋采油平臺的工作條件也很苛刻，服役時間跨越四季，工作環境溫差變化較大，在冬季更要經受低溫的考驗。隨著鋼材強度的提高，對鋼材的焊接質量要求也隨之提高，焊接是海洋結構用鋼必須經歷的一個重要的工藝過程，焊接接頭是海洋結構的重要組成部分，其質量直接影響到海洋結構的使用安全性和可靠性。特別是厚規格的海洋工程用鋼板，其焊接接頭性能更是難以保證，這給海洋平臺的焊接施工帶來了困難。

為了適應我國當前對能源戰略的迫切需要，開發出強韌性優良的海洋工程用特厚鋼板并解決其焊接關鍵技術，對于完善我國能源體系、獨立開發深海油氣資源及保證國家能源安全具有重要意義。

由于海洋平臺服役環境十分惡劣，除承受重力載荷外，還受到海浪、潮流、臺風、季風、溫差等海洋環境的影響，這就需要海洋平臺用鋼的焊接接頭具有良好的強度和韌性匹配。為確保海洋平臺用鋼E36的制造和運行安全，對80mm厚E36鋼焊接接頭的力學性能要求嚴格。焊接接頭的拉伸性能要求不低于母材，對接接頭各部位的低溫韌性Akv-40℃≥50J。該技術要求是目前我國海洋結構用鋼中最高的，也是世界先進水平。焊接接頭的強韌性是由成分及焊接熱循環等條件決定的，不同的焊接工藝會導致焊縫和熱影響區產生不同的組織，從而得到不同的強韌性能。焊接熱輸入量是影響焊接接頭低溫沖擊韌性的關鍵。在較大焊接熱輸入條件下，焊縫金屬產生粗大的先共析鐵素體，而粗晶區產生粗大的粒狀貝氏體，這是焊接接頭低溫沖擊韌性降低的主要原因。較小的熱輸入雖然不會強烈惡化焊接接頭的低溫韌性，但是小熱輸入量的焊接效率低。

根據焊接熱輸入量的計算公式，焊接線能量與焊接電流和電壓成正比、與焊接速度成反比，且焊接線能量對焊接速度更敏感。為防止E36海洋工程用鋼焊接接頭的脆化問題，合理匹配焊接材料、控制焊接熱輸入量、優化焊接工藝參數是技術關鍵。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提出一種80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，焊接接頭強韌性優良，焊后免除熱處理，焊接接頭力學性能優良和焊接效率較高。

本發明解決以上技術問題的技術方案是：

一種80mm厚E36海洋工程用鋼的埋弧焊接工藝，包括以下步驟：

㈠采用與強韌性優良的海洋工程用鋼板E36相匹配的焊接材料，母材的下屈服強度ReL?360～390MPa，抗拉強度Rm?530～560MPa，延伸率A?30～45%，-40℃沖擊功Akv＞200J；

㈡坡口型式為對稱K型坡口；

㈢埋弧焊接工藝參數：焊前預熱，并對埋弧焊劑進行150℃×2h處理，焊接電流450～750A，焊接電壓28～34V，焊接速度28～50cm/min，焊接熱輸入量15～50kJ/cm；對厚度為80mm+80mm組合鋼板對接接頭采用多層多道埋弧焊焊接，其焊縫層間溫度控制在80～200℃。

本發明進一步限定的技術方案是：

本發明步驟㈠中，選用匹配的焊絲，直徑為Φ4mm，抗拉強度大于570MPa，焊劑為880M。步驟㈡中，K型坡口的正面坡口和反面坡口斜邊角度均為45°～50°，根部不留鈍邊，坡口裝配間隙為2～3mm。步驟㈢中，焊前預熱溫度為80℃。

本發明所采用的焊絲化學成分及重量百分比為：C：0.06～0.16%，Mn：0.9～1.4%，Si：0.35～0.75%，S：≤0.03%，P：≤0.03%，Ti：0.03～0.17%，Cu：≤0.35%，余量為Fe及不可避免雜質。

本發明所述焊接接頭強韌性優良的80mm厚E36海洋工程用鋼焊接接頭部位的力學性能為：抗拉強度Rm：≥530MPa，接頭側彎d=3a，180°合格，鋼板表層和1/2厚度的焊縫、熔合線及線外2mm、5mm處-40℃沖擊功Akv≥50J，焊接接頭拉伸試驗斷裂位置為母材，接頭各部位-10℃CTOD特征值>0.50mm。