F690级别钢板的焊接工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种F690级别钢板的焊接工艺，采用F690级别厚度为50mm~100mm的钢板，采用K型坡口，并匹配焊丝及焊剂以进行埋弧焊；所述焊接工艺包括步骤：对坡口的第一面焊接至第一预定位置；翻面从坡口的第二面进行碳刨打磨后，对坡口第二面焊接至第二预定位置处；翻面完成坡口第一面的焊接，再翻面完成坡口第二面的焊接；焊接完成进行后热处理；其中，焊接过程采用埋弧焊。利用本发明专利技术焊接工艺对50~100mm厚度F690级别超高强度海洋工程用钢板进行焊接，所得到的焊接接头在低温条件下强度和韧性均优良，既可以满足拉伸、冲击、硬度等一般机械性能要求；又可以满足-20℃条件下，CTOD实验值不小于0.15mm的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋工程建造领域，特别涉及一种F690级别钢板的焊接工艺。
技术介绍
海洋油气的开采正在由陆地走向海洋，由浅海走向深海。随着开采难度的增加，各种海洋工程结构在设计时逐渐向更低的设计温度及大型化发展以适应更加恶劣的工作环境及更大的钻井深度。这种趋势直接导致了海洋工程结构在建造时不得不使用大量的超高强度、良好低温韧性及大厚度的钢板来满足设计需要的温度、强度、刚度和稳定性要求，其中有一些钢板甚至超出了海洋工程相关规范的上限。大规模低韧性、超高强、大厚度钢的使用无疑对焊接工艺提出了更加苛刻的要求。海工行业为新世纪我国重点发展的行业之一。开发超高强、良好低温韧性及大厚度的海工用钢板的焊接工艺对提高我国海工行业建造能力、提升我国在世界范围内的竞争力和影响力具有十分重要的意义。F690级别海工用钢板最低屈服强度为690MPa，抗拉强度为770MPa，在-60℃条件下纵向冲击最低值为69J，横向冲击最低值为46J。根据船级社规范要求，焊接接头的强度不应低于母材，且冲击功应满足-60℃条件下最低46J。另外对于100mm厚的F690级别钢板更是超过了挪威船级社规范在-20℃的设计温度下对特殊区域要求的最高80mm厚度的上限，因此除普通焊接工艺评定实验要求的实现项目外，必须增加CTOD实验(裂纹尖端位移张开实验)来证明焊接接头具有良好的韧性。经调查世界范围内尚没有100mm厚F690级别钢板在-20℃条件下CTOD实验的成功经验借鉴，国内外具有CTOD实验经验的知名实验室及钢板生产厂商评估后均认为此种超高强度、大厚度、超低温的实验几乎不可能成功，法国INDUSTEEL钢厂进行了同样条件下的实验，结果为最终CTOD实验值不满足规范要求，以失败告终。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种F690级别钢板的焊接工艺，解决现有技术中低温环境超高强度大厚度钢板焊接接头无法满足强度、韧性要求的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种F690级别钢板的焊接工艺，采用F690级别厚度为50mm～100mm的钢板，采用K型坡口，并匹配焊丝及焊剂以进行埋弧焊；所述焊接工艺包括步骤：对坡口的第一面焊接至第一预定位置；翻面从坡口的第二面进行碳刨打磨后，对坡口第二面焊接至第二预定位置处；翻面完成坡口第一面的焊接，再翻面完成坡口第二面的焊接；焊接完成进行后热处理；其中，焊接过程采用埋弧焊。优选地，所述第一预定位置为所述坡口第一面厚度的1/3～1/2处，所述第二预定位置为所述坡口第二面厚度的2/3处。优选地，焊接过程热输入为10～25KJ/cm。优选地，焊接过程中打底焊层的工艺参数为：焊接电流480～530A，焊接电压25～29V，焊接速度46～55cm/min，热输入14～20KJ/cm；填充焊层的焊接工艺参数为：焊接电流470～550A，焊接电压25～32V，焊接速度38～55cm/min，热输入13～23KJ/cm；盖面焊层的焊接工艺参数为：焊接电流470～530A，焊接电压25～30V，焊接速度45～60cm/min，热输入13～20KJ/cm。优选地，所述后热处理的处理温度为200℃～280℃，处理时间为2h。优选地，所述钢板在焊接前进行预热，预热温度不低于110℃；焊接过程中，层间温度不低于预热温度且不高于190℃。优选地，所述钢板在-60℃的冲击功不小于160J，所述焊丝在-60℃的冲击功不小于46J。优选地，所述焊丝及焊剂为挪威船级社认证级别为VY69M的埋弧焊丝焊剂。优选地，所述焊丝直径为3.2mm～4.0mm。优选地，所述坡口的角度为35°～60°，钝边厚度为4mm～10mm，根部间隙为0～2mm。由上述技术方案可知，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术的焊接工艺采用合理的焊接顺序及后热处理可降低焊接造成的变形程度、降低焊接应力，保证扩散氢的溢出，避免裂纹产生。根据本专利技术的焊接工艺，能够保证焊缝无焊接缺陷、焊接接头拉伸强度不低于母材，弯曲性能优良，母材、热影响区、焊缝中心的维氏硬度值不高于420及-60℃条件下夏比冲击值高于46J；尤其可以获得良好的抗断裂韧性的焊接接头，可以满足-20℃条件下，CTOD实验值不小于0.15mm的要求。利用本专利技术焊接工艺对50～100mm厚度F690级别超高强度海洋工程用钢板进行焊接，所得到的焊接接头在低温条件下强度和韧性均优良，既可以满足拉伸、冲击、硬度等一般机械性能要求；又可以满足-20℃条件下，CTOD实验值不小于0.15mm的要求。利用本专利技术的焊接工艺，经对厚度100mm的F690级别钢板焊接后进行实际试验验证，-20℃条件下CTOD实验满足规范要求，填补了船舶与海工行业这方面的空白，推动世界船舶与海工建造技术的发展，提升我国在行业内的知名度。附图说明图1是本专利技术焊接工艺所采用的K型坡口的示意图。图2是本专利技术焊接工艺中焊接过程步骤流程示意图。图3是本专利技术焊接工艺所得到的焊接接头宏观概貌示意图。图4是按本专利技术焊接工艺焊接后进行硬度测试的示意图。图5是按本专利技术焊接工艺焊接后进行CTOD实验的焊缝中心断口形貌示意图。图6是按本专利技术焊接工艺焊接后进行CTOD实验的热影响区断口形貌示意图。具体实施方式体现本专利技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。本专利技术提供一种F690级别钢板的焊接工艺，特别适合用于海洋工程中F690级别大厚度钢板的焊接。该焊接工艺的母材采用F690级别厚度为50mm～100mm的钢板，这种F690级别钢板的力学性能如下表所示。焊接材料选用合适的埋弧焊丝焊剂，较优地，可选用挪威船级社认证级别为VY69M的焊丝和焊剂。焊剂在300℃～350℃烘干，烘干时间2h～4h。参阅图1，本专利技术的焊接工艺中采用K型坡口，坡口角度α为35°-60°，钝边厚度D1为4mm-10mm，根部间隙D2为0-2mm。在正式焊接前，较优地对钢板进行预热，预热温度不低于110℃。焊接时对坡口处逐层焊接进行打底、填充直至盖面完成焊接，层间温度发挥的作用与预热温度相同，同样影响着焊缝最终的组织状态，层间温度不低于预热温度且不高于190℃。参阅图2，本专利技术焊接工艺的步骤如下：S10、对坡口的第一面焊接至第一预定位置；较优地，该第一预定位置为该面厚度的1/3～1/2处。S20、翻面从坡口的第二面进行碳刨打磨后，对坡口第二面焊接至第二预定位置；较优地，该第二预定位置为坡口该面厚度的2/3处。碳刨温度不低于预热温度，碳刨及打磨时严禁伤及K型坡口直边一侧母材。S30、翻面完成坡口第一面的焊接，再翻面完成坡口第二面的焊接。S40、焊接完成进行后热处理。较优地，后热处理的处理温度为200℃～280℃，处理时间为2h。其中，上述步骤S10～S30的焊接过程均采用埋弧焊。本专利技术的焊接工艺采用合理的焊接顺序及后热处理可降低焊接造成的变形程度、降低焊接应力，保证扩散氢的溢出，避免裂纹产生。根据本专利技术的焊接工艺，能够保证焊缝无焊接缺陷、焊接接头拉伸强度不低于母材，弯曲性能优良，母材、热影响区、焊缝中心的维氏硬度值不高于420及-6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种F690级别钢板的焊接工艺，其特征在于：采用F690级别厚度为50mm~100mm的钢板，采用K型坡口，并匹配焊丝及焊剂以进行埋弧焊；所述焊接工艺包括步骤：对坡口的第一面焊接至第一预定位置；翻面从坡口的第二面进行碳刨打磨后，对坡口第二面焊接至第二预定位置处；翻面完成坡口第一面的焊接，再翻面完成坡口第二面的焊接；焊接完成进行后热处理；其中，焊接过程采用埋弧焊。

【技术特征摘要】
1.一种F690级别钢板的焊接工艺，其特征在于：采用F690级别厚度为50mm~100mm的钢板，采用K型坡口，并匹配焊丝及焊剂以进行埋弧焊；所述焊接工艺包括步骤：对坡口的第一面焊接至第一预定位置；翻面从坡口的第二面进行碳刨打磨后，对坡口第二面焊接至第二预定位置处；翻面完成坡口第一面的焊接，再翻面完成坡口第二面的焊接；焊接完成进行后热处理；其中，焊接过程采用埋弧焊。2.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述第一预定位置为所述坡口第一面厚度的1/3~1/2处，所述第二预定位置为所述坡口第二面厚度的2/3处。3.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，焊接过程热输入为10~25KJ/cm。4.根据权利要求3所述的焊接工艺，其特征在于，焊接过程中打底焊层的工艺参数为：焊接电流480~530A，焊接电压25~29V，焊接速度46~55cm/min，热输入14~20KJ/cm；填充焊层的焊接工艺参数为：焊接电流470~550A，焊接电压25~32V，焊接速度38~5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉广，于全宝，张涛，王心宝，王迎旭，
申请(专利权)人：烟台中集来福士海洋工程有限公司，海阳中集来福士海洋工程有限公司，中国国际海运集装箱集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37