[發明專利]一種高壓儲氫用鋼的焊接工藝

在審

• 申請號: 202211076547.0
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115283787A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 張國信;楊旭東;李群生;陶彥文;李雙權;王叢元;朵元才;繆平;楊洋;劉博文
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中石化廣州工程有限公司;蘭州蘭石重型裝備股份有限公司
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00;B23K9/235;B23K9/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種Q690DR鋼板的焊接工藝，包括焊接材料的選用、施焊、增加回火焊道、焊縫清根后淬硬層去除、焊后熱處理等步驟，焊接材料為CHE807QR焊條。本發明的焊接工藝保證了焊接過程良好的焊接性，同時解決了該鋼焊接過程中易產生焊接裂紋的問題，還確保了高壓儲氫用鋼Q690DR焊縫金屬與母材在強度、韌性、硬度等方面良好的匹配性，確保焊接接頭的各項性能滿足高壓儲氫設備的要求。

技術領域

本發明屬于氫存儲壓力容器制造領域中一種高壓儲氫用鋼的焊接及焊后熱處理工藝，具體地說，涉及一種高壓儲氫用鋼的焊接工藝。

背景技術

氫具有來源廣、無污染、可再生、熱值高等特點，因此氫能也被認為是人類能源的終極解決方案。加快發展氫能，實現氫能的規模化應用對解決能源危機、環境問題和可持續發展具有重大意義，氫能源地位逐步提升。目前我國已基本形成氫能研發、制造、儲運、應用等完整產業鏈，但現階段制氫、儲氫、供氫等方面還有許多技術問題需要解決，用氫成本也處在較高水平，影響了氫能產業的發展，特別是安全、高效、經濟的氫氣儲運技術是氫能否實現產業化、商業化的關鍵。氫氣體積密度極低，實現高效儲運難度大，提高儲運效率是氫能產業規模化發展的重大瓶頸。在這樣的時代背景下，進行高壓儲氫材料及裝備研究具有十分重要的意義。

高壓儲氫用Q690DR鋼板是近期國內知名鋼企與研究院聯合開發的高強度、高韌性、高抗氫性能鋼板，目前該鋼板由南京鋼鐵集團有限公司出產。該鋼板特別適用于高壓儲氫裝備的制造。但由于其超高的強度、復雜的化學成分等原因，該鋼種的焊接及焊后熱處理難度大，制約其產品化應用。

發明內容

為了解決高壓儲氫用Q690DR鋼種焊接及焊后熱處理難度大的技術問題，本發明提供了一種高壓儲氫用鋼焊接工藝，該焊接工藝適用于Q690DR鋼種的焊接，尤其適用高壓儲氫球罐等設備用Q690DR大厚鋼板及鍛件的焊接及焊后熱處理。

本發明提供的Q690DR鋼板的焊接工藝包括以下步驟：

1)焊接材料的選用：根據壓力容器用焊接材料的選用原則，應選用強度、韌性、抗氫性能等各種性能均可較好的匹配Q690DR鋼種的焊接材料。

對于Q690DR鋼種選用四川大西洋焊材廠家開發的CHE807QR焊條，焊材規格為φ4.0mm。通過大量的試驗驗證，該焊接材料的強度、韌性、抗氫性能等各種性能均可較好的匹配Q690DR鋼種。

2)施焊：采用焊條電弧焊，焊接位置為平焊；控制預熱溫度150～200℃，優選為160～180℃；控制層間溫度150～180℃，優選160～170℃；控制后熱溫度250～300℃，優選260～280℃；控制焊接電流130～170A，焊接電壓22～26V，焊接速度170～230mm/min；

通過分析Q690DR鋼種的化學成分，同時通過對該鋼進行模擬最高硬度法試驗、斜Y型坡口鐵研式焊接裂紋試驗以及不同的焊前預熱及層溫下焊接接頭性能試驗，確定焊前預熱溫度需大于150℃，可以有效預防該鋼焊接時冷裂紋的產生；層間溫度需控制在150～180℃，這樣既可以較好的防止焊接過程中裂紋的產生又可以保證焊縫金屬與母材在強度、韌性、硬度等方面良好的匹配性，確保焊接接頭的各項性能滿足高壓儲氫設備的要求；后熱可以促進焊接接頭中氫的逸出，防止冷裂紋的產生，但過高的溫度和過長的時間又容易造成Q690DR鋼焊接接頭的回火脆性，使其沖擊韌性降低，通過不同的后熱溫度及時間試驗，確定該鋼的后熱參數為(250～300)℃×1h(小時)。

為保證焊接操作時良好的可操作性，同時保證獲得焊接接頭優異的力學性能，通過試驗確定在平焊時焊接參數為焊接電流130～170A，焊接電壓22～26V，焊接速度170～230mm/min。

3)增加回火焊道：在焊接接頭完成后增加一道回火焊道；