一种船用止裂钢的焊接接头及焊接方法与流程

1.本发明属于钢铁材料焊接技术领域，具体涉及一种船用止裂钢的焊接接头及焊接方法。


背景技术：

2.为了追求更高的船舶运输效率，集装箱运输船正在向大型化和超大型化快速发展，批量投入的18000～24000teu超大型集装箱船产生的“规模经济效应”，使得集装箱船市场在未来一段时间内仍保持兴旺。集装箱船超大型化的发展趋势对船体结构设计及材料提出更多、更高的要求。为确保超大型集装箱船结构安全可靠，要求在承受重载、撞击等复杂交变应力的舱口围板、甲板等关键区域的焊部位采用具备止裂性能的eh47bca钢板，其厚度可达或超过80mm。对于厚度超过80mm的集装箱船用止裂钢板，其止裂韧度应满足bca2级，即
‑
10℃时止裂韧度kca≥8000n/mm
3/2
。
3.为满足大厚度eh47bca钢板高强度韧性和高止裂性能要求，成分设计采用低碳、复合添加cr、mo、ni、cu等微合金，使用控轧控冷(tmcp)工艺技术，通过组织织构、多相组织配比调控等来达到强韧性的极致匹配和高止裂性能，并且已有企业研发了eh47bca1级、eh47bca2级止裂钢板并应用于超大型集装箱船的建造。
4.为防止超大型集装箱船焊接构件发生整体解理断裂，目前，船用止裂钢焊接时为了保证焊接接头的强韧性，一般控制焊接热输入不超过30kj/cm，其生产效率难以提高，增加建造成本；若采用大热输入焊接，接头冲击韧性大幅度下降，导致焊接接头性能急剧恶化，降低船体结构的安全可靠性。因此，如何提高焊接方法的效率和质量是船舶制造业研究的重点内容之一。
5.eh47bca钢板对强度、低温韧性和焊接性能也具有较高的要求，尤其是低温止裂性能。中国专利文献cn109652744a公开了一种船用止裂钢eh47及其大线能量焊接方法，该方法采用双丝埋弧焊得到的焊接接头虽然具有良好的力学性能和止裂性能，由于厚板坡口的根部窄而深，该方法中打底焊采用双丝埋弧焊，所用op121ttw焊剂碱度较高，打底焊道及坡口靠近根部的填充焊道熔渣脱渣困难，渣壳难以清除，降低了生产效率，不能同时保证焊接接头质量和生产效率，且该专利还存在焊前预热温度高，导致施工条件恶化等问题。专利文献cn 109848526 a公开了一种船用高强钢板双丝埋弧焊焊接工艺，该工艺采用前丝为细焊丝、后丝为粗焊丝的双丝埋弧焊接工艺，实现了低热输入的高效焊接，但对于eh47bca级船用止裂钢板，对钢板的止裂性能提出高的要求，相应的，焊接接头也同样有止裂性能的要求，该专利对焊接接头的止裂性能没有特殊的设计，且焊接采用不对称坡口，大坡口面打底焊缝采用双丝埋弧焊工艺，打底焊缝渣壳脱渣性能不理想，脱楂困难，清渣等焊接辅助时间增加，降低焊接生产效率。


技术实现要素：

6.因此，现有技术中在对eh47bca级钢板进行焊接时，在保证焊接接头止裂性能和力
学性能的基础上，焊缝中的渣壳脱渣困难，清渣导致焊接时间增加，生产效率低，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术难以同时兼具焊接接头高性能和焊接工艺高效率的问题，从而提供了一种船用止裂钢的焊接接头及焊接方法。
7.为此，本发明提供了以下技术方案。
8.本发明提供了一种船用止裂钢的焊接方法，包括以下步骤，
9.适用于母材为船用eh47bca级止裂钢材；
10.焊接坡口内根部焊缝采用药芯焊丝气保焊连续焊接，直至坡口内焊缝宽度不小于22mm，然后采用双电源三丝埋弧焊进行焊接直至焊缝填满；
11.所述药芯焊丝气保焊的热输入为9
‑
22kj/cm；
12.所述双电源三丝埋弧焊的热输入为45
‑
64kj/cm。
13.所述双电源三丝埋弧焊，采用三丝纵列式焊接形式，第一焊丝和第二焊丝共用一把焊枪，采用直径为2.0mm的双细丝直流正接模式；第三焊丝采用直径为4.0mm单根粗丝交流模式。
14.所述药芯焊丝气保焊采用的药芯焊丝为a5.29 e81t1
‑
k2c，且通过船级社5y46 h5认证，药芯焊丝直径为1.2mm；
15.所述双电源三丝埋弧焊的焊丝和焊剂组合满足en iso 26304
‑
a:s69 4fb tz h5，且通过船级社5y46认证。
16.所述母材的厚度为60
‑
100mm。
17.进一步地，母材厚度为60mm时，供货状态为tmcp，
‑
10℃时止裂韧度kca≥6000n/mm
3/2
；
18.母材厚度为80mm时，供货状态为tmcp，
‑
10℃时止裂韧度kca≥8000n/mm
3/2
；
19.母材厚度为100mm时，供货状态为tmcp，
‑
10℃时止裂韧度kca≥8000n/mm
3/2
。
20.进一步地，在进行焊接前，先将母材预热至70
‑
85℃，道间温度为70
‑
220℃。
21.所述药芯焊丝气保焊的电流为140
‑
270a，电压为22
‑
30v，焊接速度为200
‑
330mm/min。
22.所述直流正接模式的电流为750
‑
850a，电压为33
‑
35v；
23.所述交流模式的电流为800
‑
850a，电压为36
‑
38v。
24.所述双电源三丝埋弧焊的焊接速度为800
‑
1000mm/min。
25.本发明提供了一种上述焊接方法得到的焊接接头。
26.本发明技术方案，具有如下优点：
27.1.本发明提供的船用止裂钢的焊接方法，该方法包括，适用于母材为船用eh47bca级止裂钢材；焊接坡口内根部焊缝采用药芯焊丝气保焊连续焊接，直至坡口内焊缝宽度不小于22mm，然后采用双电源三丝埋弧焊进行焊接直至焊缝填满；所述药芯焊丝气保焊的热输入为9
‑
22kj/cm；所述双电源三丝埋弧焊的热输入为45
‑
64kj/cm。该方法将药芯焊丝气保焊与双电源三丝埋弧焊相结合，得到的焊接接头的抗拉强度≥570mpa，接头各部位
‑
40℃冲击功≥75j，cghaz处ctod值(
‑
10℃)≥0.3mm，焊接接头dntt≤
‑
65℃，焊缝金属的熔敷率可达27.4
‑
29.2kg/h，焊接接头具有较高的冲击韧性储备，止裂性能优异，安全富裕度高。在保证焊接接头力学性能优异、低温止裂性能良好的基础上解决了熔渣脱渣困难的问题，提高了生产效率，该方法可以同时兼具焊接接头力学性能优异和生产效率高的优点。
28.该焊接方法通过药芯焊丝气保焊和双电源三丝埋弧焊协同增效作用，以及对药芯焊丝气保焊和双电源三丝埋弧焊中的热输入参数和焊缝宽度进行控制，在保证焊接接头综合性能的基础上显著提高了焊接的生产效率，实现了焊接质量和效率的最优化，满足现在造船业焊接高效率、自动化的要求，该焊接方法适用于船舶制造厂商建造推广应用。
29.该方法先采用药芯焊丝气保焊在坡口内焊接，可以避免埋弧焊产生烧穿的缺陷，使熔渣脱渣较易进行，减轻了工作的劳动强度和焊接辅助时间，进一步提高了焊接工作效率；采用药芯焊丝气保焊连续焊接直至坡口内焊缝宽度不低于22mm，再采用双电源三丝埋弧焊进行焊接直至焊缝填满，可以保证脱渣性，使填充焊道内的熔渣较易脱除。该方法采用双电源三丝埋弧焊进行焊接直至焊缝填满，可充分利用细焊丝电弧能量集中、电流密度大的特点，使焊接接头获得较大的熔深，提高熔敷效率及焊缝质量，进而使低温止裂性能和力学性能得到提高。进一步地，本发明提供的焊接方法还克服了现有技术中在焊接前对母材预热温度高的缺陷。
30.2.本发明提供的船用止裂钢的焊接方法，双电源三丝埋弧焊采用直流正接模式和交流模式，使第一焊丝和第二焊丝共同一个电源，采用直流正接模式，第三焊丝采用交流模式，并在特定的焊接电流、电压和焊接速度下，在保证双丝埋弧焊高效率的同时，降低熔池过热程度，减少母材热传导的热量比例，减小熔合比，可以保证焊接接头的止裂性能和力学性能。
具体实施方式
31.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
32.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
33.实施例1
34.本实施例提供了一种船用止裂钢的焊接方法，包括以下步骤，
35.(1)选用60mm厚eh47bca1装箱船用止裂钢，供货状态为tmcp，
‑
10℃时止裂韧度kca≥6000n/mm
3/2
；焊接坡口为x型坡口，坡口角度60
±5°
，等厚对接，试板尺寸为1000mm
×
400mm
×
60mm；
36.(2)药芯焊丝气保焊(fcaw)采用的药芯焊丝为a5.29 e81t1
‑
k2c，且通过船级社5y46 h5认证，焊丝直径为1.2mm；双电源三丝埋弧焊采用的埋弧焊丝及焊剂组合满足en iso 26304
‑
a:s69 4fb tz h5，且通过船级社5y46认证，第一焊丝和第二焊丝的直径为2.0mm，第三焊丝的直径为4.0mm；
37.焊接前预热至70℃，道间温度为70
‑
180℃，焊接坡口先用fcaw焊接至坡口内焊缝宽度为22
‑
26mm，然后采用双电源三丝埋弧焊进行焊接直至焊缝填满，其中，焊接的工艺参数为：fcaw焊接电流为140
‑
180a，电压为22
‑
24v，焊接速度为200mm/min，热输入为9
‑
15kj/cm；双电源三丝埋弧焊中第一焊丝和第二焊丝共用一个电源，采用直流正接模式，电流为
750
‑
780a，电压为33
‑
34v，第三焊丝采用交流模式，电流为800
‑
830a，电压为36
‑
38v，焊接速度为1000mm/min，双电源三丝埋弧焊的热输入为45
‑
50kj/cm；焊缝金属的熔敷率为27.4
‑
28.1kg/h。
38.实施例2
39.本实施例提供了一种船用止裂钢的焊接方法，包括以下步骤，
40.(1)选用80mm厚eh47bca1装箱船用止裂钢，供货状态为tmcp，
‑
10℃时止裂韧度kca≥8000n/mm
3/2
；焊接坡口为x型坡口，坡口角度55
±5°
，等厚对接，试板尺寸为1000mm
×
400mm
×
80mm；
41.(2)fcaw采用的药芯焊丝为a5.29 e81t1
‑
k2c，且通过船级社5y46 h5认证，焊丝直径为1.2mm；双电源三丝埋弧焊采用的埋弧焊丝及焊剂组合满足en iso 26304
‑
a:s69 4fb tz h5，且通过船级社5y46认证，第一焊丝和第二焊丝的直径为2.0mm，第三焊丝的直径为4.0mm；
42.焊接前预热至70℃，道间温度为70
‑
180℃，焊接坡口先用fcaw焊接至坡口内焊缝宽度为22
‑
26mm，然后采用双电源三丝埋弧焊进行焊接直至焊缝填满，其中，焊接的工艺参数为：fcaw240
‑
260a，电压为25
‑
27v，焊接速度为250mm/min，热输入为14
‑
18kj/cm；双电源三丝埋弧焊中第一焊丝和第二焊丝共用一个电源，采用直流正接模式，电流为780
‑
810a，电压为33
‑
34v，第三焊丝采用交流模式，电流为800
‑
830a，电压为36
‑
38v，焊接速度为900mm/min，双电源三丝埋弧焊的热输入为54
‑
57kj/cm；焊缝金属的熔敷率可达28.0
‑
28.7kg/h。
43.实施例3
44.本实施例提供了一种船用止裂钢的焊接方法，包括以下步骤，
45.(1)选用100mm厚eh47bca1装箱船用止裂钢，供货状态为tmcp，
‑
10℃时止裂韧度kca≥8000n/mm
3/2
；焊接坡口为x型坡口，坡口角度55
±5°
，等厚对接，试板尺寸为1000mm
×
400mm
×
100mm；
46.(2)fcaw采用的药芯焊丝为a5.29 e81t1
‑
k2c，且通过船级社5y46 h5认证，焊丝直径为1.2mm；双电源三丝埋弧焊采用的埋弧焊丝及焊剂组合满足en iso 26304
‑
a:s69 4fb tz h5，且通过船级社5y46认证，第一焊丝和第二焊丝的直径为2.0mm，第三焊丝的直径为4.0mm；
47.焊接前预热至85℃，道间温度为85
‑
220℃，焊接坡口先用fcaw焊接至坡口内焊缝宽度为24
‑
28mm，然后采用双电源三丝埋弧焊进行焊接直至焊缝填满，其中，焊接的工艺参数为：fcaw的电流为250
‑
270a，电压为27
‑
30v，焊接速度为250mm/min，热输入为9
‑
22kj/cm；双电源三丝埋弧焊中第一焊丝和第二焊丝共用一个电源，采用直流正接模式，电流为820
‑
850a，电压为34
‑
35v，第三焊丝采用交流模式，电流为820
‑
850a，电压为37
‑
38v，焊接速度为850mm/min，双电源三丝埋弧焊的热输入为61
‑
64kj/cm；焊缝金属的熔敷率可达28.3
‑
29.2kg/h。
48.对比例1
49.本对比例提供了一种船用止裂钢的焊接方法，与实施例1的区别在于，用双粗丝埋弧焊代替双电源三丝埋弧焊，其它同实施例1；
50.双粗丝埋弧焊参数如下：双粗丝埋弧焊前丝采用直流反接，后丝采用交流，丝径均为前丝焊接电流为750
‑
780a，电压为33
‑
34v，后丝焊接的电流为800
‑
830a，电压
为36
‑
38a，焊接速度为1000mm/min，焊缝金属的熔敷率为18.7～20.8kg/h。
51.试验例
52.本试验例提供了各实施例和对比例制得的焊接接头的性能测试，测试方法如下，测试结果见表1。
53.参照《船级社材料与焊接规范》测试焊接接头的力学性能，以及ndtt(落锤试验)和cghaz(焊接粗晶热影响区)处ctod。
54.表1各实施例和对比例焊接接头的冲击强度及断裂部位
55.示例抗拉强度/mpa断裂部位实施例1605、592母材实施例2598、601母材实施例3578、597热影响区对比例1580、570焊缝金属
56.表2各实施例和对比例焊接接头的冲击试验结果
[0057][0058][0059]
表3各实施例和对比例ndtt和ctod
[0060][0061]
注：表3中“o”代表合格，不裂，“x”代表不合格。
[0062]
通过上述试验结果可以看出，本发明采用药芯焊丝气保焊与双电源三丝埋弧焊相
结合的方法可以提高焊接接头的低温止裂性能、冲击性能，焊缝金属的熔敷率显著提高。
[0063]
进一步地，在制备得到焊接接头的过程中，发明人还发现，本发明方法在制备过程中焊接金属表面的渣产生渣壳脱渣容易，易于清理，减少了清渣的时间，提高了生产效率，本发明方法可以兼具高生产效率和高焊接接头力学性能两种优势。
[0064]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。