CN101683701A - 机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺 - Google Patents
机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101683701A CN101683701A CN200810223096A CN200810223096A CN101683701A CN 101683701 A CN101683701 A CN 101683701A CN 200810223096 A CN200810223096 A CN 200810223096A CN 200810223096 A CN200810223096 A CN 200810223096A CN 101683701 A CN101683701 A CN 101683701A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- submerged arc
- controlled rolling
- procedure
- arc welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
一种机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，包括对机械控制轧制与控制冷却结构钢制备坡口、坡口对接装配和选定焊接材料的焊前准备工序，打底焊接工序，填充焊接工序，盖面焊接工序，层间温度控制及焊后冷却工序；该焊前准备工序中设焊前预热步骤和设施焊环境温度，焊前预热步骤对施焊部位预热，预热温度与结构钢层厚度成正比；焊前准备工序选定焊接材料为低轻型埋弧焊丝和埋弧焊剂；控制层间温度范围大于预热温度而小于250℃；打底焊接、填充焊接和盖面焊接工序中焊接电流类型和极性为直流反接，电流强度为500至550A，焊接速度为400至450mm/min，热输入量为2.2至3.0KJ/mm；冷却工序用空冷；保证TMCP结构钢高强度、高韧性特点。
Description
技术领域
本发明涉及焊接工艺，尤其涉及一种机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺。
背景技术
随着石油工业的发展和科学技术的进步，海洋工程中钢结构日益向着高参数、大型化方向发展，因此对焊接结构用的钢材性能提出越来越高的要求，钢材本身不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的焊接性能。采用机械控制轧制与控制冷却(TMCP，Thermo-mechanical control process)工艺生产出的海洋工程结构用钢材，其具有强韧性好、焊接性优良的特点，为海洋工程开发做出新贡献。但是，这种钢材在焊接热循环作用下，机械控制轧制与控制冷却(TMCP)结构钢，其HAZ(heat affected zone，焊接热影响区)组织不可避免的发生晶粒长大现象，使其高强度、高韧性的特点严重丧失，出现比一般正火钢更为严重的HAZ脆化和软化现象，由此阻碍了这种结构钢在海洋工程中的应用。
因此设计适合机械控制轧制与控制冷却(TMCP)结构钢的焊接工艺，使其能够在海洋工程中发挥应有作用，确有必要。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，通过选用合适的焊接材料和设定合理的焊接参数，使该结构钢在焊接工艺的热循环作用下，晶粒稳定不变化，有效避免HAZ的脆化和软化现象，以保证TMCP结构钢的高强度、高韧性的特点。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其特征在于，包括对机械控制轧制与控制冷却结构钢制备坡口、坡口对接装配和选定焊接材料的焊前准备工序，打底焊接工序，填充焊接工序，盖面焊接工序，层间温度控制及焊后冷却工序；其特征在于，所述焊前准备工序中设有焊前预热步骤和设定施焊的环境温度，该焊前预热步骤是对施焊部位进行预热，预热温度与结构钢层厚度成正比；所述焊前准备工序中选定的焊接材料包括低轻型埋弧焊丝和低轻型埋弧焊剂；所述控制层间温度的范围是大于预热温度而小于250℃；所述打底焊接工序、填充焊接工序和盖面焊接工序中焊接电流类型和极性为直流反接，电流强度为500至550A，焊接速度为400至450mm/min，热输入量为2.2至3.0kJ/mm；所述冷却工序中采用空冷方式冷却，冷却速度控制在0.1至30℃/S范围。
前述的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其中焊前预热步骤预热的施焊部位包括施焊区及其周围70mm至80mm的范围，预热方法采用烤把预热或者电阻加热装置预热。
前述的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其中设定施焊的环境温度为大于-20℃。
前述的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其中低轻型埋弧焊丝直径为φ4.0mm或者φ2.4mm。
前述的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其中制备的坡口为单面V字形坡口或双面V字形坡口，坡口角度为60±5度，间隙为0至1mm，钝边为4至6mm。
本发明机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺的有益效果，其通过选用合适的焊接材料和设定合理的焊接参数，使该结构钢在焊接工艺的热循环作用下，晶粒稳定不变化，有效避免HAZ的脆化和软化现象，保证TMCP结构钢的高强度、高韧性的特点。
具体实施方式
本发明机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其包括对机械控制轧制与控制冷却结构钢制备坡口、坡口对接装配和选定焊接材料的焊前准备工序，打底焊接工序，填充焊接工序，盖面焊接工序，层间温度控制及焊后冷却工序；其改进之处在于，该焊前准备工序中设有焊前预热步骤和设定施焊的环境温度，该焊前预热步骤是对施焊部位进行预热，预热温度与结构钢层厚度成正比；该焊前准备工序中选定的焊接材料包括低轻型埋弧焊丝和低轻型埋弧焊剂；该控制层间温度的范围是大于预热温度而小于250℃；该打底焊接工序、填充焊接工序和盖面焊接工序中焊接电流类型和极性为直流反接，电流强度为500至550A，焊接速度为400至450mm/min，热输入量为2.2至3.0KJ/mm；该冷却工序中采用空冷方式冷却，冷却速度控制在0.1至30℃/S范围。
本发明机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其中，所述焊前预热步骤预热的施焊部位包括施焊区及其周围70mm至80mm的范围，预热方法采用烤把预热或者电阻加热装置预热；所述设定施焊的环境温度为大于-20℃；所述低轻型埋弧焊丝直径为φ4.0mm或者φ2.4mm；所述制备的坡口为单面V字形坡口或双面V字形坡口，坡口角度为60±5度，间隙为0至1mm，钝边为4至6mm。
实施例：
1、适用的母材与焊接位置。
母材牌号为：D36，D36-Z35，E36，E36-Z35，F36；执行标准：GB712-2000；材料供货状态为：TMCP工艺生产；焊接位置：平焊(1G)。
2、焊接材料的选择。
按照母材与焊接材料的化学成分与机械性能匹配原则，使用锦泰公司生产的低氢型埋弧焊丝：牌号为JW-1，型号：EH14，符合标准AWS A5.17；锦州焊材厂提供的低氢型焊剂：牌号为SJ101，型号：F7A6-EH14，符合标准AWSA5.17；
3、预热温度、层间温度的控制。
焊前预热，对施焊区及其周围的75mm范围的施焊部位进行预热，采用烤把进行预热，按照AWS D1.1钢结构焊接规范计算出预热温度与板厚的关系：
板厚与预热温度关系表
| 板厚\环境温度 | ≥0℃ | ＜0℃ |
| T≤38 | 最小预热温度：10℃ | 最小预热温度：21℃ |
| 38＜T≤65 | 最小预热温度：66℃ | 最小预热温度：66℃ |
| T＞65 | 最小预热温度：110℃ | 最小预热温度：110℃ |
当环境温度低于-20℃时，不施焊，层间温度设定在150℃。
4、坡口形式的设计。
①制备坡口，用等离子方法制备双面V字形坡口，坡口角度为60度，窄间隙焊接，间隙为0.5mm，钝边为4mm；对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽；
②对接装配坡口，检查确认被焊部位及其边缘的20mm范围内无缺陷。
5、焊接工艺参数设计如下表所示：
6、焊后冷却。
冷却方式为空冷，冷却速度控制在0.1至30℃/S范围。
7、焊接质量的检测。
通过拉伸试验：拉伸试样断裂在母材区域，屈服强度为416MPa，抗拉强度为540MPa，均大于GB712-2000(中华人民共和国国家标准-船体用结构钢规范)中D36等材料规定的最小屈服强度355MPa、最小抗拉强度为490MPa。说明采用本发明机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，能够保证母材与焊缝(未断裂)保持较好的强度值。
通过夏比冲击韧性试验：试验温度为-20℃，按照GB712-2000标准，满足母材适用的低温冲击温度值。经过焊缝中心线，热影响区几个部位的夏比冲击试验测得以下试验结果。试验结果表明最低值为144J，大于AWS D1.1(美国焊接协会-钢结构焊接规范D1.1)中规定的最小合格值27J，说明采用本发明机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，能够使焊缝金属与热影响区获得良好的冲击韧性。
D36-Z35 TMCP钢埋弧焊机械性能试验结果
本发明机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺的功效及优点：
机械控制轧制与控制冷却结构钢(简称TMCP钢)是在降碳、不提高合金元素含量的条件下，采用多元微合金化和控轧控冷技术较大幅度的细化晶粒来提高钢的强韧性。TMCP结构钢代表了高强度低合金钢的发展方向。所谓控轧，是一种定量的预定程序地控制热轧钢的形变温度、压下量(形变量)、形变道次、形变间歇停留时间、终轧温度以及终轧后冷却的轧制工艺。这种轧制工艺是以取得最佳的细化晶粒和第二相均匀分布的组织状态，从而有效地改善钢的性能为根本目标。控制轧制与普通轧制不同，其主要差别在于控轧不仅通过热加工使钢材达到所规定的形状和尺寸，而且通过钢的形变强化充分细化钢的晶粒尺寸和改善组织，以便获得通常的常化处理(Normalizing)后才能达到的综合性能。控轧实际上是高温形变热处理的一种派生形式。
TMCP结构钢从成分设计到组织状态和低钢级合金结构钢有较大差异，本发明对控轧控冷TMCP结构钢经过焊接后热影响区的组织和性能变化规律进行深入研究，发现TMCP结构钢，其强度并不是主要问题，粗晶区的脆化是需要关注的焦点，同时，由于焊接粗晶区处在焊缝和母材的过渡地带，它不仅具有明显的物理和化学不均匀性，而且还经常因焊趾和焊根处出现咬边和裂纹等几何不均匀性而形成应力集中，因而焊接粗晶区是整个焊接接头中的一个薄弱环节，为此，按照AWS D1.1钢结构焊接规范设计本发明对TMCP结构钢的埋弧焊焊接工艺，该焊接工艺参数的优化控制使TMCP结构钢焊缝与热影响区获得良好的组织性能。
本发明设计的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺是通过合理的焊接工艺参数设计，合理的坡口形式设计，合理的焊接材料选择，最终保证TMCP结构钢焊缝与热影响区获得良好的组织性能，从而能够符合应用于海洋钢结构建造的要求。
合理的焊接工艺参数是保证焊缝与热影响区获得良好组织性能的重要条件。本发明使用的焊材是依据AWS D1.1(美国焊接协会-钢结构焊接规范D1.1)中母材与焊材等强度匹配原则选定的，埋弧焊丝焊剂牌号为JW-1/SJ101，属于低氢型焊材(扩散H含量小于8ml/100g)，该焊材可使焊缝金属具备较强的抵制氢致裂纹能力，焊缝金属与热影响区可获得良好的断裂韧性。焊接热输入不能过小，过小不能充分保证坡口充分熔透，存在未熔合、夹渣等缺陷，焊接热输入过大则会导致焊缝金属峰值温度过高，冷却后从而形成粗大淬硬的马氏体组织，严重降低焊缝与热影响区的断裂韧性，因此选择适中的焊接热输入显得尤为重要，本发明中热输入选择范围为：2.3至2.9KJ/mm。此外，合理的焊前预热与层间温度控制也是保证焊接质量的重要因素：本发明中描述了不同板厚对应的不同预热温度与层间温度。冷裂纹是焊接过程中可能出现的一种严重缺陷，它是焊后冷却至较低温度下产生的。对于TMCP钢来讲，大约在马氏体开始转变温度Ms点附近或更低温度区间易于产生冷裂纹。研究表明，钢的淬硬倾向、焊接接头中含氢量及其分布，以及焊接接头的应力状态是TMCP钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。由于焊接热影响区具有较大的淬硬倾向和缺口效应，因而冷裂纹主要发生在TMCP钢的热影响区。预热是结构钢焊接施工中防止冷裂纹的有效方法，它通过延长冷却时间t8/5，可以提高焊缝区氢扩散速度，促进氢的逸出，从而具有去氢作用。同时还可以通过降低焊后冷却速度，从而产生对裂纹敏感性较低的焊缝显微组织。通过预热也可控制焊接过程中热胀和冷缩产生的内应力所引起的焊接收缩和变形。
层间温度的大小影响焊道的峰值温度与冷却速度，层间温度过大直接导致下层焊道晶粒组织粗大，焊缝组织性能恶化；层间温度过低导致冷却速度过快形成淬硬组织，因此本发明设计焊接层间温度不能小于预热温度且不得大于250℃。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1、一种机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其特征在于，包括对机械控制轧制与控制冷却结构钢制备坡口、坡口对接装配和选定焊接材料的焊前准备工序，打底焊接工序，填充焊接工序，盖面焊接工序，层间温度控制及焊后冷却工序；其特征在于，所述焊前准备工序中设有焊前预热步骤和设定施焊的环境温度，该焊前预热步骤是对施焊部位进行预热，预热温度与结构钢层厚度成正比；所述焊前准备工序中选定的焊接材料包括低轻型埋弧焊丝和低轻型埋弧焊剂；所述控制层间温度的范围是大于预热温度而小于250℃；所述打底焊接工序、填充焊接工序和盖面焊接工序中焊接电流类型和极性为直流反接，电流强度为500至550A，焊接速度为400至450mm/min，热输入量为2.2至3.0KJ/mm；所述冷却工序中采用空冷方式冷却，冷却速度控制在0.1-30℃/S范围。
2、根据权利要求1所述的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其特征在于，所述焊前预热步骤预热的施焊部位包括施焊区及其周围70mm至80mm的范围，预热方法采用烤把预热或者电阻加热装置预热。
3、根据权利要求1所述的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其特征在于，所述设定施焊的环境温度为大于-20℃。
4、根据权利要求1所述的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其特征在于，所述低轻型埋弧焊丝直径为φ4.0mm或者φ2.4mm。
5、根据权利要求1所述的机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺，其特征在于，所述制备的坡口为单面V字形坡口或双面V字形坡口，坡口角度为60±5度，间隙为0至1mm，钝边为4至6mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810223096A CN101683701A (zh) | 2008-09-27 | 2008-09-27 | 机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810223096A CN101683701A (zh) | 2008-09-27 | 2008-09-27 | 机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101683701A true CN101683701A (zh) | 2010-03-31 |
Family
ID=42047191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200810223096A Pending CN101683701A (zh) | 2008-09-27 | 2008-09-27 | 机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101683701A (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102198565A (zh) * | 2011-04-08 | 2011-09-28 | 胜利油田龙玺石油钢管有限公司 | 一种新型异种钢焊接工艺 |
| CN102632328A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-15 | 武桥重工集团股份有限公司 | 一种Q370qE钢埋弧自动焊低温焊接方法 |
| CN103406644A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-11-27 | 中国海洋石油总公司 | 用于管段纵缝环缝焊接的埋弧焊工艺 |
| CN104308338A (zh) * | 2014-09-15 | 2015-01-28 | 安徽鸿路钢结构(集团)股份有限公司 | 一种钢材埋弧焊工艺 |
| CN105364276A (zh) * | 2015-10-31 | 2016-03-02 | 江苏振光电力设备制造有限公司 | 一种高强钢钢管塔焊接加工工艺 |
| CN109719367A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-07 | 苏州华达环保设备股份有限公司 | 风电塔筒的纵缝焊接方法 |
| CN112705867A (zh) * | 2019-10-24 | 2021-04-27 | 青岛九合重工机械有限公司 | 一种泵车t型接头焊接方法 |
| CN113714608A (zh) * | 2021-09-09 | 2021-11-30 | 重庆大学 | 一种高强混合钢十字接头埋弧焊焊接方法 |
| CN117840644A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-04-09 | 侏罗纪马克热威装备科技有限公司 | 一种微控轧焊接集成装置及控制*** |
-
2008
- 2008-09-27 CN CN200810223096A patent/CN101683701A/zh active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102198565A (zh) * | 2011-04-08 | 2011-09-28 | 胜利油田龙玺石油钢管有限公司 | 一种新型异种钢焊接工艺 |
| CN102632328A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-15 | 武桥重工集团股份有限公司 | 一种Q370qE钢埋弧自动焊低温焊接方法 |
| CN103406644A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-11-27 | 中国海洋石油总公司 | 用于管段纵缝环缝焊接的埋弧焊工艺 |
| CN104308338A (zh) * | 2014-09-15 | 2015-01-28 | 安徽鸿路钢结构(集团)股份有限公司 | 一种钢材埋弧焊工艺 |
| CN105364276A (zh) * | 2015-10-31 | 2016-03-02 | 江苏振光电力设备制造有限公司 | 一种高强钢钢管塔焊接加工工艺 |
| CN109719367A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-07 | 苏州华达环保设备股份有限公司 | 风电塔筒的纵缝焊接方法 |
| CN112705867A (zh) * | 2019-10-24 | 2021-04-27 | 青岛九合重工机械有限公司 | 一种泵车t型接头焊接方法 |
| CN113714608A (zh) * | 2021-09-09 | 2021-11-30 | 重庆大学 | 一种高强混合钢十字接头埋弧焊焊接方法 |
| CN117840644A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-04-09 | 侏罗纪马克热威装备科技有限公司 | 一种微控轧焊接集成装置及控制*** |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101683701A (zh) | 机械控制轧制与控制冷却结构钢埋弧焊焊接工艺 | |
| CN101927396B (zh) | 一种多层焊焊接钢板的方法 | |
| CN102049599B (zh) | 一种超高强海洋结构用钢板f460z埋弧焊接方法 | |
| CN101513695B (zh) | 一种桥梁用Q420qE级超低碳贝氏体钢的焊接方法 | |
| CN106868425B (zh) | 一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法 | |
| US20090092514A1 (en) | Steel pipe for high strength line pipe superior in strain aging resistance and steel plate for high strength line pipe and methods of production of the same | |
| CN111299830B (zh) | 一种用于高牌号无取向硅钢热轧板的激光焊接方法 | |
| CN101259562A (zh) | 一种钢材的焊接工艺 | |
| CN107598340B (zh) | 大厚板t型接头焊接方法 | |
| CN110076430B (zh) | 一种厚度≥40mm的1000MPa钢板的气保护焊接方法 | |
| CN105499751A (zh) | 用于热连轧夹送辊的硬面堆焊修复工艺 | |
| CN113182652B (zh) | 厚规格tmcp态高强低屈强比桥梁钢的埋弧焊接工艺 | |
| CN103341695A (zh) | 一种改善调质低合金高强钢gmaw接头力学性能的方法 | |
| CN105057849A (zh) | 一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法 | |
| CN105269175A (zh) | 用于X7Ni9钢与S30408钢相焊的焊条电弧焊方法 | |
| CN104923967A (zh) | 可免除预热的高强高韧气保焊丝及焊缝金属 | |
| CN103480985B (zh) | 一种焊接材料、焊缝金属及其应用 | |
| CN103350272B (zh) | 一种T91与12Cr1MoV异种钢的焊接工艺 | |
| CN103194678A (zh) | 一种uoe焊管及其制造方法 | |
| CN110871312B (zh) | 屈服强度600MPa级低合金钢板的MAG焊接方法 | |
| CN107414405A (zh) | 自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺 | |
| CN104002014A (zh) | 一种耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊条电弧焊焊接工艺 | |
| CN106011622A (zh) | 一种超高强度高变形性能的焊接钢管的制造方法 | |
| CN112404785A (zh) | Q390b厚板箱型构件焊接质量控制方法 | |
| CN104690396A (zh) | 高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100331 |