一種海洋平臺用鋼板焊接方法
2023-05-28 22:11:51
一種海洋平臺用鋼板焊接方法
【專利摘要】本發明提供了一種海洋平臺用鋼板焊接方法的技術方案，包括以下步驟：1）坡口加工；1）坡口裝配成K字型坡口，在坡口背面固定水冷銅條，水冷銅條用於託舉正面打底焊時的熔池；3）正面打底焊接，焊接時防止在水冷銅條上起弧；4）背面打底焊接；5）填充焊接，使用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊，根據被焊鋼板角變形情況，交替進行背面和正面填充焊接；6）蓋面焊接，使用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊。採用深度不對稱K型坡口；打底焊接採用水冷銅條託舉熔池；填充焊接嚴格控制焊絲距離坡口直邊側的距離；蓋面焊接採用較低的焊接熱輸入，最終獲得焊縫成型滿足海洋平臺用鋼板焊接接頭CTOD試驗要求焊接接頭。
【專利說明】一種海洋平臺用鋼板焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種焊接方法，尤其是一種滿足海洋平臺用厚鋼板焊接接頭裂紋尖端張開位移實驗(CTOD)的焊接方法。
【背景技術】
[0002]焊接接頭CTOD試驗是對海洋平臺用厚鋼板焊接接頭韌度進行評價的重要實驗方法。海洋平臺在服役期間要承受風暴、潮汐，甚至地震等衝擊載荷，這要求平臺焊接接頭需具備必要的韌度以避免出現脆性斷裂的危險情況。伴隨海上石油開採越來越向深海發展，採油平臺結構的鋼板厚度不斷增加，而鋼板越厚，鋼板的韌度越難以保障。另外為了提高焊接效率，厚板的焊接多採用較大的焊接熱輸入量，這致使厚板焊接接頭的韌度成為平臺結構最為薄弱的環節。為了確保厚板焊接接頭的韌度滿足海洋平臺服役要求，在採油平臺建造前對所用厚板的焊接接頭進行CTOD試驗十分必要。
[0003]焊接接頭CTOD試驗要求預製疲勞裂紋通過的區域中特定的焊接熱影響區應達到一定比例，比如要求該區域中粗晶區的比例不低於15%，為此在焊接用於CTOD試驗的焊接接頭時應儘量焊出一條直的熔合線。為了達到上述要求，傳統的滿足厚板焊接接頭CTOD試驗要求的焊接方法多採用帶有一個直邊的單斜面型坡口設計，這種設計焊接金屬填充量大，只在一面焊接使得被焊鋼板角變形不易控制，而且這種焊接方法焊後鋼板內應力大，在預製CTOD試驗所需的疲勞裂紋時，往往容易造成疲勞裂紋在試樣表面和試樣心部的擴展深淺不一，最終導致試驗無效。
[0004]傳統的用於厚板焊接接頭CTOD試驗要求的焊接方法也有的採用K型坡口設計，傳統方法的K型坡口上下對稱，留有約5mm的鈍邊，根部間隙小，一般不超過2mm，焊接時先進行正面打底焊，隨後背面碳弧氣刨清根，最後進行填充和蓋面焊接。這種焊接方法主要存在以下兩點不足之處，一是焊縫根部位於鋼板厚度中心位置，眾所周知根部最易存在未熔合、夾渣更缺陷，這使得取自心部的夏比衝擊樣極易因存在焊接缺陷而導致試驗結果無效；二是背面必須進行碳弧氣刨清根，碳弧氣刨會嚴重降低試驗效率，更主要的是極易使得直邊側的熔合線變的不直，使得焊接接頭CTOD試驗要求預製疲勞裂紋通過的區域中特定的焊接熱影響區達不到規定比例，最終導致試驗無效。
[0005]於是，就需要一種有效避免傳統焊接方法缺點，又滿足厚板焊接接頭CTOD試驗要求的焊接方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種海洋平臺用鋼板焊接方法的技術方案，該方案的方法，可以控制被焊鋼板角變形，降低焊接內應力，減少心部夏比衝擊樣焊接缺陷，易於獲得直的熔合線。滿足厚鋼板焊接接頭CTOD試驗要求。
[0007]本方案是通過如下技術措施來實現的:一種海洋平臺用鋼板焊接方法，包括如下步驟: 1)對鋼板接頭加工坡口，並裝配坡口，使坡口呈K字型；
2)在K字型坡口的背面夾裝可移除的水冷銅條，水冷銅條用於託舉正面打底焊時的熔池；
3)使用實芯焊絲氣保焊對正面進行打底焊接，並防止在水冷銅條上起弧；
4)將水冷銅條移除，使用實芯焊絲氣保焊對背面進行打底焊接；
5)使用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊，對被焊鋼板接頭的正面和背面交替進行填充焊接；
6 )使用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊，對填充後的鋼板焊接頭進行蓋面焊接。
[0008]所述的步驟I)中坡口正面深度和背面深度的比為2:1或3:2，坡口角度為44±1°，K字型坡口的根部為間隙6?7mm。所述的坡口鈍邊尺寸為O?1mm。這種K字型坡口設計可以根據被焊鋼板在焊接過程中的角變形情況，交替進行背面和正面焊接，能夠始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內，並有效降低焊接內應力。坡口上下深度比為2:1或3: 2，避免了焊縫根部位於被焊鋼板心部的情況，有利於減少心部夏比衝擊樣存有焊接缺陷的情況，增加試驗有效性比率。
[0009]所述的步驟3)中，採用實芯焊絲氣保焊，焊絲直徑為Φ1.2πιπι，保護氣體為80%Ar+20%C02混合氣，保護氣體流量15?18L/Min，焊接電流為120?180A，焊接電壓為23?25V，焊接速度為100?200 mm/ Min。
[0010]所述的步驟4)中，採用實芯焊絲氣保焊，焊絲直徑為Φ1.2πιπι，保護氣體為80%Ar+20%C02混合氣，保護氣體流量15?18L/Min，焊接電流為220?240A，焊接電壓為24?26V，焊接速度為300?400 mm/ Min。在背面打底焊接時採用焊接電流較大的實芯焊絲氣保焊，利於消除焊縫根部可能存在的微小缺陷，比直接採用埋弧焊進行焊接利於清渣。
[0011]在所述的步驟5)中填充焊接過程中應始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內。
[0012]步驟5)中採用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊；藥芯焊絲氣保焊的焊絲直徑為Φ 1.2mm,保護氣體為100%C02氣，保護氣體流量18?20L/Min，焊接電流為220?240A，焊接電壓為23?28V，焊接速度為300?400 mm/ Min ;埋弧焊的焊絲直徑為Φ 3.2mm或Φ4.0mm，焊接電流為450?750A，焊接電壓為30?35V，焊接速度為300?500 mm/ Min,焊絲距直邊側的最近距離應控制在6±lmm。
[0013]在步驟6)中，採用埋弧焊進行蓋面焊接時，焊絲直徑Φ 3.2mm或4.0mm，焊絲距直邊側的距離應控制在6 ± 1mm，焊接電流為350?450A，焊接電壓為30?35V，焊接速度為300 ?500 mm/ Min。
[0014]在步驟6)中，採用藥芯焊絲氣保焊進行焊接時，焊絲直徑為Φ 1.2mm，保護氣體為100%C02氣，保護氣體流量18?20L/Min，焊接電流為220?240A，焊接電壓為23?28V，焊接速度為300?400 mm/ Min。
[0015]在背面打底焊接時採用焊接電流較大的實芯焊絲氣保焊設計，利於消除焊縫根部可能存在的微小缺陷，比直接採用埋弧焊進行焊接利於清渣。
[0016]本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，由於在該方案中採用水冷銅條託舉正面打底焊時的熔池，並使用冷裂紋敏感性低、焊渣少的實芯焊絲氣保焊進行正面打底焊接，這種打底焊工藝設計免除了背面碳弧氣刨清根工序，不但提高了焊接效率，更重要的是可以有效保證獲得滿足厚板焊接接頭CTOD試驗要求的直的熔合線。在正面打底焊時採用較低的焊接電流和焊接速度設計，可以避免在水冷銅條上起弧，有效防止水冷銅條與鋼板焊在一塊兒無法取下。由此可見，本發明與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著的進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明【具體實施方式】的結構示意圖。
[0018]圖2為【具體實施方式】的坡口示意圖。
[0019]圖中，I為坡口直邊側，2為坡口斜邊側，3為水冷銅條。
【具體實施方式】
[0020]為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過二個【具體實施方式】，並結合其附圖，對本方案進行闡述。
[0021]【具體實施方式】一
通過附圖可以看出，本方案的一種海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵在於包括如下步驟:
1)採用的鋼板厚度為75mm，對鋼板接頭加工坡口，並裝配坡口，使坡口呈K字型，採用機械銑削方式加工鋼板形成坡口，坡口上部深度為50mm，坡口下部深度為25mm，即坡口正面深度和背面深度的比為2:1，坡口角度為45°，1(字型坡口的根部為間隙6mm，坡口鈍邊尺寸為Omm ；
2)在K字型坡口的背面固定水冷銅條，水冷銅條用於託舉正面打底焊時的熔池；
3)先將被焊鋼板預熱至125°，對正面進行打底焊接，並防止在水冷銅條上起弧；採用實芯焊絲氣保焊，焊絲牌號ER50-6，焊絲直徑為φ 1.2mm,保護氣體為80%Ar+20%C02混合氣，保護氣體流量17L/Min，焊接電流為160A，焊接電壓為24V，焊接速度為150 mm/ Min。焊接時應注意控制電弧指向位置，防止在水冷銅條上起弧，以免水冷銅條與被焊鋼板焊在一塊而無法移除。
[0022]4)將水冷銅條移除，對背面進行打底焊接；採用實芯焊絲氣保焊，焊絲牌號ER50-6，焊絲直徑為Φ 1.2mm，保護氣體為80%Ar+20%C02混合氣，保護氣體流量17L/Min，焊接電流為230A，焊接電壓為25V，焊接速度為350mm/ Min ；
5)對被焊鋼板接頭的正面和背面交替進行填充焊接；採用藥芯焊絲氣保焊，焊絲牌號GFL-71Ni，焊絲直徑為Φ 1.2mm,保護氣體為100%C02氣，保護氣體流量20L/Min，焊接電流為240A，焊接電壓為28V，焊接速度為400 mm/ Min ;填充焊接過程中應始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內。
[0023]6)對填充後的鋼板焊接頭進行蓋面焊接，採用藥芯焊絲氣保焊進行焊接，焊絲牌號GFL-71Ni，焊絲直徑為Φ 1.2mm，保護氣體為100%C02氣，保護氣體流量20L/Min，焊接電流為240A，焊接電壓為28V，焊接速度為400 mm/ Min。
[0024]具體實施例二
通過附圖可以看出，本方案的一種海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵在於包括如下步驟:
I)採用的鋼板厚度為75mm，對鋼板接頭加工坡口，並裝配坡口，使坡口呈K字型，採用機械銑削方式加工鋼板形成坡口，坡口上部深度為50mm，坡口下部深度為25mm，即坡口正面深度和背面深度的比為2:1，坡口角度為45°，1(字型坡口的根部為間隙6mm，坡口鈍邊尺寸為Omm ；
2)在K字型坡口的背面固定水冷銅條，水冷銅條用於託舉正面打底焊時的熔池；
3)先將被焊鋼板預熱至125°，對正面進行打底焊接，並防止在水冷銅條上起弧；採用實芯焊絲氣保焊，焊絲牌號ER50-6，焊絲直徑為φ 1.2mm,保護氣體為80%Ar+20%C02混合氣，保護氣體流量15L/Min，焊接電流為120A，焊接電壓為23V，焊接速度為100 mm/ Min。焊接時應注意控制電弧指向位置，防止在水冷銅條上起弧，以免水冷銅條與被焊鋼板焊在一塊而無法移除。
[0025]4)將水冷銅條移除，對背面進行打底焊接；採用實芯焊絲氣保焊，焊絲牌號ER50-6，焊絲直徑為Φ 1.2mm，保護氣體為80%Ar+20%C02混合氣，保護氣體流量18L/Min，焊接電流為240A，焊接電壓為26V，焊接速度為400mm/ Min ；
5)對被焊鋼板接頭的正面和背面交替進行填充焊接；採用埋弧焊，焊絲牌號CHW-SG，焊絲直徑為Φ4.0mm，焊接電流為680A，焊接電壓為32V，焊接速度為260 mm/ Min，焊絲距直邊側的最近距離應控制在6mm。
[0026]6)對填充後的鋼板焊接頭進行蓋面焊接，採用埋弧焊進行蓋面焊接，焊絲牌號CHW-SG，焊絲直徑4.0mm，焊絲距直邊側的距離應控制在5mm，焊接電流為450A，焊接電壓為30V，焊接速度為500 mm/ Min。
[0027]本發明並不僅限於上述【具體實施方式】，本領域普通技術人員在本發明的實質範圍內做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵在於包括如下步驟: 1)對鋼板接頭加工坡口，並裝配坡口，使坡口呈K字型； 2)在K字型坡口的背面夾裝可移除的水冷銅條，水冷銅條用於託舉正面打底焊時的熔池； 3)使用實芯焊絲氣保焊對正面進行打底焊接，並防止在水冷銅條上起弧； 4)將水冷銅條移除，使用實芯焊絲氣保焊對背面進行打底焊接； 5)使用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊，對被焊鋼板接頭的正面和背面交替進行填充焊接； 6 )使用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊，對填充後的鋼板焊接頭進行蓋面焊接。
2.根據權利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵是:所述的步驟I)中坡口正面深度和背面深度的比為2:1或3:2，坡口角度為44± 1°，K字型坡口的根部為間隙6?7mm。
3.根據權利要求2所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵是:所述的坡口鈍邊尺寸為O?Imnin
4.根據權利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵是:所述的步驟3)中，採用實芯焊絲氣保焊，焊絲直徑為Φ 1.2mm，保護氣體為80%Ar+20%C02混合氣，保護氣體流量15?18L/Min，焊接電流為120?180A，焊接電壓為23?25V，焊接速度為100?200 mm/Min0
5.根據權利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵是:在步驟4)中，採用實芯焊絲氣保焊，焊絲直徑為Φ 1.2mm,保護氣體為80%Ar+20%C02混合氣，保護氣體流量15?18L/Min，焊接電流為220?240A，焊接電壓為24?26V，焊接速度為300?400 mm/ Min。
6.根據權利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵是:在所述的步驟5)中填充焊接過程中應始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內。
7.根據權利要求6所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵是:步驟5)採用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊；藥芯焊絲氣保焊的焊絲直徑為Φ 1.2mm，保護氣體為100%0)2氣，保護氣體流量18?20L/Min，焊接電流為220?240A，焊接電壓為23?28V，焊接速度為300?400 mm/ Min ;埋弧焊的焊絲直徑為Φ 3.2mm或4.0mm，焊接電流為450?750A，焊接電壓為30?35V，焊接速度為300?500 mm/ Min，焊絲距直邊側的最近距離應控制在6±lmm。
8.根據權利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵是:在步驟6)中，採用埋弧焊進行蓋面焊接時，焊絲直徑Φ 3.2mm或4.0mm，焊絲距直邊側的距離應控制在6±lmm，焊接電流為350?450A，焊接電壓為30?35V，焊接速度為300?500 mm/ Min。
9.根據權利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特徵是:在步驟6)中，採用藥芯焊絲氣保焊進行焊接時，焊絲直徑為Φ 1.2mm，保護氣體為100%C02氣，保護氣體流量18?20L /Min，焊接電流為220?240A，焊接電壓為23?28V，焊接速度為300?400 mm/ Min。
【文檔編號】B23K101/18GK104384670SQ201410516996
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】李敏, 劉曉東, 朱延山, 徐洪慶, 李旺生, 王勇, 王煥洋, 李建磊, 王南輝 申請人:山東鋼鐵股份有限公司