專利名稱：一種低溫風(fēng)塔用厚板s355nl埋弧焊焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵材料焊接領(lǐng)域，特別是涉及一種低溫風(fēng)塔用厚板S355NL埋弧焊 焊接方法。
背景技術(shù)：
能源危機以來，人們的綠色環(huán)保意識得到加強，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源， 是二十一世紀(jì)的重要能源之一，在當(dāng)今世界可再生能源開發(fā)中，風(fēng)力發(fā)電是除水資源開發(fā) 夕卜，技術(shù)最成熟、最具有大規(guī)模的發(fā)電方式。在過去8年中，全世界的風(fēng)力發(fā)電能力平均每 年增長15.8%，隨著風(fēng)力發(fā)電的快速增長，對風(fēng)塔用鋼板的要求也在不斷提高。以往風(fēng)塔用 鋼主要采用Em0025標(biāo)準(zhǔn)中的牌號，主要鋼種為S235JR、S355JR、S355J0、S355J2G3、S355J2 等，由于我國風(fēng)電設(shè)備很多建設(shè)于嚴(yán)寒地帶，而且我國大陸架淺海海域廣闊，海上風(fēng)力資源 豐富，海上風(fēng)電場的建設(shè)十分廣闊，預(yù)計2010到2015年我國將形成約600億元左右的風(fēng)電 設(shè)備市場，這些地區(qū)的風(fēng)塔建設(shè)均要求使用具有更高低溫韌性的鋼板S355NL(-50°C沖擊功 ^ 27J)。海洋和嚴(yán)寒地區(qū)的風(fēng)塔鋼板服役環(huán)境十分惡劣，為適應(yīng)低溫風(fēng)塔的建造需要，南京 鋼鐵聯(lián)合公司已經(jīng)開發(fā)了一種低溫韌性優(yōu)良的風(fēng)塔用鋼板S355NL，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異， 尤其是_50°C低溫韌性，具有優(yōu)異強韌性匹配。基材性能的提高對與之相匹配的焊接材料及 焊接工藝提出了迫切的要求。目前存在的問題是采用國內(nèi)現(xiàn)有的埋弧焊接材料與焊接工 藝，焊接接頭-50°C低溫沖擊韌性不能滿足低溫風(fēng)塔用鋼板S355NL的焊接技術(shù)要求，特別 是在較大的焊接熱輸入量情況下，焊接接頭的低溫沖擊韌性無法滿足低溫風(fēng)塔結(jié)構(gòu)制造的 焊接技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低溫風(fēng)塔用鋼板S355NL埋弧焊接方法，該方法能解 決埋弧焊焊接工藝與匹配材料問題，施焊前不預(yù)熱，焊后不進(jìn)行熱處理，采用所述方法焊接 S355NL鋼板焊接接頭具有優(yōu)良的接頭綜合性能，焊接接頭各區(qū)域具有較高的沖擊韌性儲備 及安全富裕度。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種低溫風(fēng)塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)采用的低溫風(fēng)塔用鋼S355NL的化學(xué)組分及重量百分比和技術(shù)條件滿足以下條 件所述S355NL低溫風(fēng)塔用鋼的化學(xué)組分及重量百分比為C 0. 10 0. 14%，Mn 1. 30 1. 45%, Si 0. 20 0. 30%, P ≤ 0. 013%, S ≤ 0. 005%, Nb 0. 020 0. 030%, V 0. 04 0. 05%, Ti ≤ 0. 03%, Ni 0. 20 0. 30%, Cr ≤ 0. 08%, Mo ≤ 0. 08%，余量
為Fe及不可避免的雜質(zhì)；鋼的碳當(dāng)量Ceq ≤ 0. 42% ；所述S355NL低溫風(fēng)塔用鋼焊接接頭部位的力學(xué)性能為抗拉強度Rm ≥500MPa, 接頭側(cè)彎d = 3a，180°合格，母材、焊縫金屬、熱影響區(qū)熔合線外Imm及3mm處-50°C沖擊功AKv ≥ 50J，焊接接頭拉伸試驗斷于基材；2)所用的焊接材料滿足以下條件埋弧焊絲BHM-6，焊絲直徑①4. 0mm，配燒結(jié)焊劑SJ101G，焊劑SJ101G使用前烘焙 制度為350°C X2h ；焊絲化學(xué)組分及重量百分比為C 0. 06 0. 12%，Mn :1. 60 2. 0%， Si ≤0. 07%, P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 010%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；3)埋弧焊坡口采用對稱雙面X型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為0.5mm，所述 S355NL低溫風(fēng)塔用鋼板厚 ≤50mm時，在環(huán)境溫度不低于10°C時，不預(yù)熱焊接；4)選擇焊接工藝參數(shù)，焊接接頭焊縫金屬及熱影響區(qū)熔合線外1mm處-50°C沖 擊功AKv ≥50J的焊接熱輸入量的控制范圍是 ≤50KJ/cm ；施焊時層間溫度控制在 ≤ 200 °C。本發(fā)明中焊接工藝參數(shù)為焊接電流550A，電弧電壓30V，焊接速度40cm/min、焊接 熱輸入量15KJ/cm、焊劑烘焙制度為350°C X2h。本發(fā)明對厚度為50mm+50mm組合鋼板埋弧焊對接接頭采用多層多道連續(xù)施焊，直 至焊縫填滿為止。本發(fā)明低溫風(fēng)塔用鋼S355NL詳細(xì)焊接工藝方案制訂的理由如下(1)焊接預(yù)熱溫度本發(fā)明按照IS017642-3標(biāo)準(zhǔn)Tekken(斜Y坡口)焊接裂紋試驗方法中規(guī)定的條 件，研究了一種板厚為50mm的低溫風(fēng)塔用鋼S355NL在室溫(10°C )不預(yù)熱及不同焊前預(yù) 熱溫度條件下產(chǎn)生焊接冷裂紋的敏感性。其中試驗用S355NL的化學(xué)組分及重量百分比為 C 0. 12%, Mn 1. 40%, Si 0. 25%, P 0. 010%, S 0. 002%, Nb 0. 025%, V 0. 042%, Ti 0.015%,Ni 0. 26 %，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；試驗采用氣體保護(hù)焊工藝，焊絲采用直 徑為①1. 2mm、ER50-G、保護(hù)氣體為80% Ar+20% C02。結(jié)果表明，規(guī)格為50mm厚的鋼板焊 前不預(yù)熱條件下，接頭部位的表面裂紋率和斷面裂紋率均為零，表明該鋼焊接冷裂紋傾向 較小，即所述S355NL低溫風(fēng)塔用鋼板厚度 ≤50mm時，在環(huán)境溫度不低于10°C時，不預(yù)熱焊 接即可防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。⑵焊接材料針對所述鋼，在選用焊接材料時，首先考慮的是焊縫金屬的強度和-50°C沖擊韌 性與基材匹配，選用的埋弧焊絲BHM-6，直徑4mm，所采用焊絲化學(xué)組分及重量百分比為C 0. 06 0. 12%，Mn 60 2. 0%，Si ≤ 0. 07%，P ≤0. 015%，S ≤ 0. 010%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)，配燒結(jié)焊劑SJ101G，形成的焊縫金屬純凈度高，且焊縫組織以細(xì)小的針 狀鐵素體為主，強韌性兼具；所選用埋弧焊絲配SJ101G焊劑熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強 度Rm ≥490MPa，屈服強度RpO. 2 ≥390MPa，延伸率A ≥22%，-50°C沖擊功AKv ≥34J。(3)焊接熱輸入量由于焊接熱輸入量變化將影響焊接熱循環(huán)過程，由此將對焊接接頭焊縫金屬和熱 影響區(qū)的組織和力學(xué)性能帶來影響。本發(fā)明研究了不同焊接熱輸入量條件下對一種低溫風(fēng) 塔用鋼S355NL埋弧焊對接接頭力學(xué)性能的影響，分別對焊接接頭焊縫金屬的拉伸性能、焊 接接頭各部位-50°C夏比V型缺口沖擊功進(jìn)行了測定和分析。試驗用焊接材料為埋弧焊絲 BHM-6，焊絲直徑①4. 0mm，焊劑S101G;所采用焊絲化學(xué)組分及重量百分比為C :0. 12%, Mn 1. 87%, Si 0. 01%, P 0. 013%, S 0. 007%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。結(jié)果表明，焊接熱輸入量在不大于50KJ/mm條件下，低溫風(fēng)塔用鋼S355NL埋弧焊對接接頭力學(xué)性能焊 縫金屬抗拉強度Rm彡500MPa,屈服強度ReH彡400MPa,伸長率A彡26 %，接頭側(cè)彎d = 3a, 180°合格，焊縫金屬、熱影響區(qū)熔合線外Imm及3mm處-50°C沖擊功AKv彡50J。本發(fā)明在低溫風(fēng)塔的實際建造過程中，兼顧性能與效率，針對低溫風(fēng)塔用鋼 S355NL特定的成分范圍及技術(shù)條件，解決了該鋼的焊接熱輸入量適應(yīng)性問題及相關(guān)的焊接 工藝問題。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明滿足了海洋和嚴(yán)寒地區(qū)的低溫風(fēng)塔用鋼板S355NL埋弧焊接工藝制造 技術(shù)。埋弧焊對接接頭抗拉強度、接頭各區(qū)_50°C沖擊功達(dá)到較高水平，具有優(yōu)良的低溫沖 擊韌性及安全儲備；(2)采用本發(fā)明焊接工藝技術(shù)，埋弧焊對接接頭熱影響區(qū)過熱區(qū)的金相組織主要為低碳貝氏體組織；焊縫金屬主要為細(xì)小的針狀鐵素體組織，從而使焊接接頭具有優(yōu)良的 強韌性及抗裂性能。(3)實現(xiàn)了海洋和嚴(yán)寒地區(qū)的低溫風(fēng)塔用鋼板S355NL對接接頭厚板結(jié)構(gòu)制造過 程焊前不預(yù)熱，焊后不進(jìn)行熱處理的焊接工藝，采用多層多道連續(xù)施焊工藝時焊接接頭具 有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能；在實施過程中，可以達(dá)到焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良和焊接效率較高 二者兼顧的效果，實用性強、焊接操作簡便、高效節(jié)能，適用于工廠低溫風(fēng)塔制造推廣應(yīng)用。


圖1為焊接厚板組合50mm+50mm的焊接熱輸入量15KJ/cm為埋弧焊坡口示意圖；圖2為焊接厚板組合50mm+50mm的焊接熱輸入量50KJ/cm為埋弧焊坡口示意圖。
具體實施例方式實施例1 一種本發(fā)明所述的低溫風(fēng)塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括以下步驟采用熱機械控軋控冷工藝(TMCP) +正火生產(chǎn)的強度在彡490MPa級的低溫風(fēng)塔用 鋼板S355NL，板厚組合為50mm+50mm。試板尺寸為600mmX400mmX32mm ；選用的S355NL 低溫風(fēng)塔用鋼的化學(xué)組分及重量百分比滿足C 0. 10 0. 14%，Mn 1. 30 1. 45%，Si
0.20 0. 30%，P 彡 0. 013%，S 彡 0. 005%，Nb 0. 020 0. 030%，V 0. 04 0. 05%， Ti ^ 0. 03%, Ni 0. 20 0. 30%, Cr ^ 0. 08%, Mo ^ 0. 08%，余量為 Fe 及不可避免的 雜質(zhì)；鋼的碳當(dāng)量CeqS 0. 42%。選用匹配的焊接材料焊絲BHM-6，焊絲直徑為Φ4πιπι，其化學(xué)組分及重量百分比為C :0. 12%, Mn
1.87%, Si 0. 01%, P 0. 013%, S 0. 007%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。與燒結(jié)焊劑SlOlG匹配進(jìn)行焊接，其熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強度Rm :535MPa, 屈服強度 RpO. 2 :435MPa，延伸率 A :26%，_50°C沖擊功 AKv :76J ；埋弧焊坡口采用對稱雙面X型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為0. 5mm,鈍邊為 5mm ；焊接工藝參數(shù)焊接電流550A，電弧電壓30V，焊接速度40cm/min、焊接熱輸入量15KJ/cm、焊劑烘焙制度為350°C X2h ；對厚度為50mm+50mm組合鋼板埋弧焊對接接頭采用 多層多道連續(xù)施焊，直至焊縫填滿為止，其焊縫層間溫度控制在100°C 200°C。經(jīng)對采用上述焊接方法焊接的低溫風(fēng)塔用鋼板S355NL對接接頭力學(xué)性能檢測， 其接頭力學(xué)性能為抗拉強度Rm :510MPa,斷裂位置基材，接頭冷彎d = 3a, 180°合格，焊 縫金屬_50°C沖擊功AKv :116J，熱影響區(qū)熔合線外Imm處-50°C沖擊功AKv :243J，熱影響區(qū) 熔合線外3_處-50°C沖擊功AKv :204J。實施例2 又一種本發(fā)明所述的低溫風(fēng)塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括以下步驟采用熱機械控軋控冷軋制工藝(TMCP) +正火生產(chǎn)的強度在彡490MPa級的低溫風(fēng) 塔用鋼板S355NL,厚板組合為50mm+50mm。試板尺寸為600mmX 400mmX 50mm ；選用的S355NL 低溫風(fēng)塔用鋼的化學(xué)組分及重量百分比滿足C 0. 10 0. 14%，Mn 1. 30 1. 45%，Si 0. 20 0. 30%，P 彡 0. 013%，S 彡 0. 005%，Nb 0. 020 0. 030%，V 0. 04 0. 05%， Ti ^ 0. 03%, Ni 0. 20 0. 30%, Cr ^ 0. 08%, Mo ^ 0. 08%，余量為 Fe 及不可避免的 雜質(zhì)；鋼的碳當(dāng)量CeqSO. 42%。選用匹配的焊接材料焊絲BHM-6，焊絲直徑為Φ4πιπι，其化學(xué)組分及重量百分比為C :0. 12%, Mn 1.87%, Si 0.01%, P =0.013%, S :0. 007 %，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。與燒結(jié)焊 劑SlOlG匹配進(jìn)行焊接，其熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強度Rm :535MPa,屈服強度RpO. 2 435MPa，延伸率 A :26%，沖擊功 _50°C AKv :64J ；埋弧焊坡口采用對稱雙面X型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為0. 5mm,鈍邊為 8mm ；焊接工藝參數(shù)焊接電流700A，電弧電壓32V，焊接速度29cm/min、焊接熱輸入量 50KJ/cm、焊劑烘焙制度為350°C X2h ；對厚度為50mm+50mm組合鋼板埋弧焊對接接頭采用 多層多道連續(xù)施焊，直至焊縫填滿為止，其焊縫層間溫度控制在100°C 200°C。經(jīng)對采用上述焊接方法焊接的低溫風(fēng)塔用鋼板S355NL對接接頭力學(xué)性能檢測， 其接頭力學(xué)性能為抗拉強度Rm :516MPa,斷裂位置基材，接頭冷彎d = 3a, 180°合格，焊 縫金屬_50°C沖擊功AKv :52J，熱影響區(qū)熔合線外Imm處-50°C沖擊功AKv :55J，熱影響區(qū)熔 合線外3_處-50°C沖擊功-AKv :99J。本發(fā)明實現(xiàn)了海洋和嚴(yán)寒地區(qū)的低溫風(fēng)塔用鋼板S355NL對接接頭厚板結(jié)構(gòu)制造 過程焊前不預(yù)熱，焊后不進(jìn)行熱處理的焊接工藝，采用多層多道連續(xù)施焊工藝時焊接接頭 具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能；在實施過程中，可以達(dá)到焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良和焊接效率較 高二者兼顧的效果，實用性強、焊接操作簡便、高效節(jié)能，適用于工廠低溫風(fēng)塔制造推廣應(yīng) 用。
權(quán)利要求
一種低溫風(fēng)塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)采用的低溫風(fēng)塔用鋼S355NL的化學(xué)組分及重量百分比和技術(shù)條件滿足以下條件所述S355NL低溫風(fēng)塔用鋼的化學(xué)組分及重量百分比為C0.10～0.14％，Mn1.30～1.45％，Si0.20～0.30％，P≤0.013％，S≤0.005％，Nb0.020～0.030％，V0.04～0.05％，Ti≤0.03％，Ni0.20～0.30％，Cr≤0.08％，Mo≤0.08％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；鋼的碳當(dāng)量Ceq≤0.42％；2)所用的焊接材料滿足以下條件埋弧焊絲BHM-6，焊絲直徑Φ4.0mm，配燒結(jié)焊劑SJ101G，焊劑SJ101G使用前烘焙制度為350℃×2h；焊絲化學(xué)組分及重量百分比為C0.06～0.12％，Mn1.60～2.0％，Si≤0.07％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；3)埋弧焊坡口采用對稱雙面X型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為0.5mm，所述S355NL低溫風(fēng)塔用鋼板厚≤50mm時，在環(huán)境溫度不低于10℃時，不預(yù)熱焊接；4)選擇焊接工藝參數(shù)，焊接接頭焊縫金屬及熱影響區(qū)熔合線外1mm處-50℃沖擊功AKv≥50J的焊接熱輸入量的控制范圍是≤50KJ/cm；施焊時層間溫度控制在≤200℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫風(fēng)塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，其特征在于對厚 度為50mm+50mm組合鋼板埋弧焊對接接頭采用多層多道連續(xù)施焊，直至焊縫填滿為止。全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫風(fēng)塔用厚板S355NL埋弧焊焊接方法，包括如下步驟采用滿足化學(xué)組分及重量百分比和技術(shù)條件的S355NL厚板，鋼的碳當(dāng)量Ceq≤0.42％；選用滿足化學(xué)組分及重量百分比的焊絲；埋弧焊坡口采用對稱雙面X型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為0.5mm，鋼板厚≤50mm時，在環(huán)境溫度不低于10℃時，不預(yù)熱焊接；選擇焊接工藝參數(shù)，焊接熱輸入量≤50kJ/cm。本發(fā)明實現(xiàn)了海洋和嚴(yán)寒地區(qū)的低溫風(fēng)塔用鋼板S355NL對接接頭厚板結(jié)構(gòu)制造過程焊前不預(yù)熱，焊后不進(jìn)行熱處理的焊接工藝，采用多層多道連續(xù)施焊工藝時焊接接頭具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，焊縫及焊接熱影響區(qū)具有較高的沖擊韌性儲備及安全富裕度。本發(fā)明適用于工廠低溫風(fēng)塔制造推廣應(yīng)用。
文檔編號B23K9/23GK101862887SQ201010159208
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者李麗, 李定金, 楚覺非, 王徐, 王端軍, 邱紅雷 申請人:南京鋼鐵股份有限公司