一種海洋平臺用鋼板焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種海洋平臺用鋼板焊接方法的技術(shù)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，水冷銅條用于托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(jù)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。采用深度不對稱K型坡口；打底焊接采用水冷銅條托舉熔池；填充焊接嚴格控制焊絲距離坡口直邊側(cè)的距離；蓋面焊接采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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)】
[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(fēng)暴、潮汐，甚至地震等沖擊載荷，這要求平臺焊接接頭需具備必要的韌度以避免出現(xiàn)脆性斷裂的危險情況。伴隨海上石油開采越來越向深海發(fā)展，采油平臺結(jié)構(gòu)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，厚板的焊接多采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(jié)構(gòu)最為薄弱的環(huán)節(jié)。為了確保厚板焊接接頭的韌度滿足海洋平臺服役要求，在采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(yù)制疲勞裂紋通過的區(qū)域中特定的焊接熱影響區(qū)應(yīng)達到一定比例，比如要求該區(qū)域中粗晶區(qū)的比例不低于15%，為此在焊接用于CTOD試驗的焊接接頭時應(yīng)盡量焊出一條直的熔合線。為了達到上述要求，傳統(tǒng)的滿足厚板焊接接頭CTOD試驗要求的焊接方法多采用帶有一個直邊的單斜面型坡口設(shè)計，這種設(shè)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后鋼板內(nèi)應(yīng)力大，在預(yù)制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(dǎo)致試驗無效。
[0004]傳統(tǒng)的用于厚板焊接接頭CTOD試驗要求的焊接方法也有的采用K型坡口設(shè)計，傳統(tǒng)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，隨后背面碳弧氣刨清根，最后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，一是焊縫根部位于鋼板厚度中心位置，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沖擊樣極易因存在焊接缺陷而導(dǎo)致試驗結(jié)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(cè)的熔合線變的不直，使得焊接接頭CTOD試驗要求預(yù)制疲勞裂紋通過的區(qū)域中特定的焊接熱影響區(qū)達不到規(guī)定比例，最終導(dǎo)致試驗無效。
[0005]于是，就需要一種有效避免傳統(tǒng)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(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)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(shù)方案，該方案的方法，可以控制被焊鋼板角變形，降低焊接內(nèi)應(yīng)力，減少心部夏比沖擊樣焊接缺陷，易于獲得直的熔合線。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(shù)措施來實現(xiàn)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，并裝配坡口，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，水冷銅條用于托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，并防止在水冷銅條上起?。?br> 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，對填充后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(shè)計可以根據(jù)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(nèi)，并有效降低焊接內(nèi)應(yīng)力。坡口上下深度比為2:1或3: 2，避免了焊縫根部位于被焊鋼板心部的情況，有利于減少心部夏比沖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，采用實芯焊絲氣保焊，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，采用實芯焊絲氣保焊，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。在背面打底焊接時采用焊接電流較大的實芯焊絲氣保焊，利于消除焊縫根部可能存在的微小缺陷，比直接采用埋弧焊進行焊接利于清渣。
[0011]在所述的步驟5)中填充焊接過程中應(yīng)始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內(nèi)。
[0012]步驟5)中采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(cè)的最近距離應(yīng)控制在6±lmm。
[0013]在步驟6)中，采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(cè)的距離應(yīng)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，采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]在背面打底焊接時采用焊接電流較大的實芯焊絲氣保焊設(shè)計，利于消除焊縫根部可能存在的微小缺陷，比直接采用埋弧焊進行焊接利于清渣。
[0016]本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中采用水冷銅條托舉正面打底焊時的熔池，并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(shè)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。在正面打底焊時采用較低的焊接電流和焊接速度設(shè)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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實質(zhì)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(fā)明【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)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(cè)，2為坡口斜邊側(cè)，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(shù)特點，下面通過二個【具體實施方式】，并結(jié)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，其特征在于包括如下步驟:
1)采用的鋼板厚度為75mm，對鋼板接頭加工坡口，并裝配坡口，使坡口呈K字型，采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，水冷銅條用于托舉正面打底焊時的熔池；
3)先將被焊鋼板預(yù)熱至125°，對正面進行打底焊接，并防止在水冷銅條上起?。徊捎脤嵭竞附z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(yīng)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；采用實芯焊絲氣保焊，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；采用藥芯焊絲氣保焊，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(yīng)始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內(nèi)。
[0023]6)對填充后的鋼板焊接頭進行蓋面焊接，采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，其特征在于包括如下步驟:
I)采用的鋼板厚度為75mm，對鋼板接頭加工坡口，并裝配坡口，使坡口呈K字型，采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，水冷銅條用于托舉正面打底焊時的熔池；
3)先將被焊鋼板預(yù)熱至125°，對正面進行打底焊接，并防止在水冷銅條上起??；采用實芯焊絲氣保焊，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(yīng)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；采用實芯焊絲氣保焊，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；采用埋弧焊，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(cè)的最近距離應(yīng)控制在6mm。
[0026]6)對填充后的鋼板焊接頭進行蓋面焊接，采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(cè)的距離應(yīng)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(fā)明并不僅限于上述【具體實施方式】，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征在于包括如下步驟: 1)對鋼板接頭加工坡口，并裝配坡口，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，水冷銅條用于托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，并防止在水冷銅條上起?。? 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，對填充后的鋼板焊接頭進行蓋面焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征是: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(jù)權(quán)利要求2所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征是:所述的坡口鈍邊尺寸為O?Imnin
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征是:所述的步驟3)中，采用實芯焊絲氣保焊，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(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征是:在步驟4)中，采用實芯焊絲氣保焊，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(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征是:在所述的步驟5)中填充焊接過程中應(yīng)始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征是:步驟5)采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(cè)的最近距離應(yīng)控制在6±lmm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征是:在步驟6)中，采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(cè)的距離應(yīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺用鋼板焊接方法，其特征是:在步驟6)中，采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(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)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