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CN114799430B - 一种低温高锰钢对接接头的焊接方法 - Google Patents

一种低温高锰钢对接接头的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供本发明提供一种低温高锰钢对接接头的焊接方法，包括如下步骤：(1)将低温高锰钢板材需要进行对接焊的边开设坡口；(2)在已加工好的坡口的端部设置辅助焊接装置；(3)采用埋弧焊在坡口的端部沿坡口进行堆焊，去除辅助焊接装置，然后加工坡口，得到带有过渡层的低温高锰钢板材；(4)将两块带有过渡层的低温高锰钢板材，组成对接接头；(5)对所述焊接空间进行焊接，在过渡层上焊接得到对接接头。通过预先用埋弧焊在坡口上采用焊接的方法制作一个过渡层的方式，实现低温高锰钢对接接头采用焊条电弧焊或气体保护焊焊接工艺时，也能够有效地降低了低温高锰钢对接接头在焊接时的锰烟尘的发生量。

Description

一种低温高锰钢对接接头的焊接方法
技术领域
本发明属于低温高锰钢焊接技术领域，具体涉及一种低温高锰钢对接接头的焊接方法。
背景技术
低温奥氏体高锰钢(以下简称高锰钢)具有优异的低温韧性及强度，且只有9Ni钢材料成本的70-80％，在近年来得到快速发展，以用于代替高成本的LNG储罐用材料9Ni钢。但高锰钢在国内应用较少，主要应用国家为韩国，根据韩国生产应用以及国内研究的成果，发现高锰钢具有一个显著的缺点即锰含量过高，钢板和所应用的焊材Mn含量都超过20％，在后续热加工如切割、焊接、气刨所产生的烟尘中锰含量远远高于现有其它低温罐用钢板材料，而锰烟尘对于施工者的身体健康危害最大。
从方法上分析，焊条电弧焊、气体保护焊(包括药芯焊丝和实心焊丝)烟尘量较大，而埋弧焊由于潜弧特点，烟尘极少，一般只有焊条电弧焊的2％或药芯焊丝CO2气体保护焊的2.4％。例如专利公开号为CN112846464 A公开了一种低温用高锰奥氏体钢埋弧焊接方法，为低温用高锰奥氏体钢配套埋弧焊材的焊接工艺填补了空白。但埋弧焊应用范围有限，只能应用平位置平直板缝拼接或者横对接缝焊接，不能适用其它位置的应用，尤其是一些立向焊接或者是有阻挡的时候，无法使用埋弧焊，因此大部分接头仍然需要采用焊条电弧焊或气体保护焊进行焊接。但是低温奥氏体高锰钢难采用焊条电弧焊或气体保护焊时，锰烟尘对于施工者的身体会造成非常大的危害。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种锰烟尘危害较小，又不会受到焊接工艺限制的低温高锰钢对接接头的焊接方法。
本发明提供一种低温高锰钢对接接头的焊接方法，包括如下步骤：
(1)将低温高锰钢板材需要进行对接焊的边开设坡口；
(2)在已加工好的坡口的端部设置辅助焊接装置，所述辅助焊接装置包括固定角钢和位于所述固定角钢内侧的直角衬垫，所述直角衬垫紧贴所述固定角钢，所述坡口位于所述直角衬垫形成的焊接区域内，并且所述坡口的端部与所述直角衬垫的侧壁具有第一间隙；
(3)采用埋弧焊在坡口的端部沿坡口进行堆焊，去除辅助焊接装置，然后加工坡口，得到带有过渡层的低温高锰钢板材，所述过渡层的正面厚度小于所述过渡层的背面厚度；
(4)将两块带有过渡层的低温高锰钢板材，组成对接接头，使得两块带有过渡层的低温高锰钢板材的端部彼此靠近，使得两块带有过渡层的低温高锰钢板材的坡口之间形成焊接空间；
(5)对所述焊接空间进行焊接，在过渡层上焊接得到对接接头。
优选地，所述步骤(3)中，过渡层的正面厚度为2±1mm，过渡层的背面厚度为3±1mm。
优选地，所述步骤(2)中的第一间隙为4±1mm。
优选地，所述步骤(2)中，采用支撑平台对低温高锰钢板材进行支撑，支撑平台的支撑面高于直角衬垫紧的底面，使得坡口的端部与所述直角衬垫的底部具有第二间隙，所述第二间隙小于所述第一间隙。
优选地，所述过渡层的厚度为1-4mm。
优选地，所述步骤(1)中，当低温高锰钢板材的厚度≤20mm时，开设单面坡口；当低温高锰钢板材的厚度＞20mm时，开设双面坡口。
优选地，所述步骤(1)中，开设的坡口的角度为25°±2°。
优选地，所述直角衬垫为陶瓷直角衬垫。
优选地，所述步骤(3)中，埋弧焊的焊接电流为330±20A，焊接电压为30±1V，焊接速度300±30mm/min，焊丝直径为2.4mm。
优选地，所述步骤(3)中埋弧焊的焊材与所述步骤(5)中焊接的焊材相同。
本发明提供的低温高锰钢对接接头的焊接方法具备如下有益效果：
通过预先用埋弧焊在坡口上采用焊接的方法制作一个过渡层的方式，实现低温高锰钢对接接头采用焊条电弧焊或气体保护焊焊接工艺时，也能够有效地降低了低温高锰钢对接接头在焊接时的锰烟尘的发生量。
附图说明
通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为低温高锰钢板材开设单面坡口的结构示意图。
图2为低温高锰钢板材开设双面坡口的结构示意图。
图3为坡口的端部与辅助焊接装置配合时结构示意图。
图4为过渡层焊接示意图。
图5为过渡层结构示意图。
图6为对接接头焊接示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图2-6，本发明实施例提供一种低温高锰钢对接接头的焊接方法，包括如下步骤：
(1)将低温高锰钢板材1需要进行对接焊的边开设坡口；当低温高锰钢板材1的厚度≤20mm时，开设单面坡口2，参考附图1所示；当低温高锰钢板材1的厚度＞20mm时，开设双面坡口2，参考附图2所示，开设的坡口的角度θ为25°±2°。
焊接前将焊接区域周边20mm范围内的杂物如粉尘、氧化物采用不锈钢钢丝刷清理掉，存在的有机污染物的如切削液采用有机溶剂清洗掉并保持干燥。
(2)在已加工好的坡口的端部设置辅助焊接装置，参考图3所示，所述辅助焊接装置包括固定角钢32和位于所述固定角钢32内侧的直角衬垫31，所述直角衬垫31为陶瓷直角衬垫31。所述直角衬垫31紧贴所述固定角钢32，所述坡口2位于所述直角衬垫31形成的焊接区域内，并且所述坡口2的端部与所述直角衬垫31的侧壁具有第一间隙b。第一间隙b为4±1mm，能够实现埋弧焊较好的实施，并且为焊缝预留出合理的间隙，保证过渡层的焊接质量。
在优选实施例中，坡口的端部与所述直角衬垫31的底部具有第二间隙62，采用支撑平台对低温高锰钢板材1进行支撑，支撑平台的支撑面高于直角衬垫31紧的底面，使得坡口2的端部与所述直角衬垫31的底部具有第二间隙62，所述第二间隙62小于所述第一间隙b。第二间隙62的设置使得过渡层5的第一焊道51和第二焊道52留有高度空间，避免焊缝背面成型不良或者低于钢板表面。
(3)采用埋弧焊在坡口的端部沿坡口进行堆焊，参考图4，第一焊道51和第二焊道52位于坡口的端部，并且均与直角衬垫31接触，第三焊道53覆盖于第一焊道51和第二焊道52上方。埋弧焊的焊接电流为330±20A，焊接电压为30±1V，焊接速度300±30mm/min。埋弧焊可采用AWS A5.14：ER NiCrMo-4型号焊丝，焊丝直径为2.4mm。
堆焊完成后，去除辅助焊接装置，然后采用机械冷加工方式加工堆焊后的坡口，堆焊后坡口的角度可以参照堆焊前坡口的角度，堆焊后坡口的角度可以为25°±2°。或者，堆焊后坡口角度根据产品后续所采用的焊接工艺所设定的坡口角度进行加工。
加工完成后，得到带有过渡层5的低温高锰钢板材1，所述过渡层5的正面厚度d1小于所述过渡层的背面厚度d2。过渡层的正面厚度d1为2±1mm，过渡层的背面厚度d2为3±1mm，参考图5。因为过渡层背面在正式焊接时的熔宽比正面要宽一些，且有可能会采用碳刨的方式清除背面的缺陷，这样形成的坡口宽度会相对较宽，所以给背面的过渡层厚度大一点可以尽量避免碳刨到高锰钢材料，溅少锰烟尘的发生量，而正面则没有这个问题。
(4)将两块带有过渡层的低温高锰钢板材1，组成对接接头形式，使得两块带有过渡层的低温高锰钢板材1的端部彼此靠近，使得两块带有过渡层的低温高锰钢板材1的坡口之间形成焊接空间，参考图6。
(5)对所述焊接空间进行焊接，在过渡层上焊接得到对接接头。所述步骤(3)中埋弧焊制备过渡层的焊材与所述步骤(5)中焊接的焊材类型相同或相近，焊条型号可以采用AWS A5.11 ENiCrMo-6，药芯焊丝采用AWS A5.34ENiCrMo3T1-4。
在优选实施例中，所述过渡层的厚度为1-4mm。
本发明提供的低温高锰钢对接接头的焊接方法，预先用埋弧焊在坡口上采用焊接的方法制作一个过渡层，埋弧焊的方式制备过渡层可以减少粉尘的产生。过渡层所用的焊接采用为低锰成分焊材，通过过渡层形成了新的焊接坡口，后续正式焊接是在低锰的过渡层的基础上进行焊接，能够减少锰烟尘的产生。
通过预先用埋弧焊在坡口上采用焊接的方法制作一个过渡层的方式，可实现后续的正式焊接能够采用焊条电弧焊、气体保护焊等各类焊接方法，均不会产生较大的粉尘，方便后续各类焊接方法的应用、降低锰烟尘对于焊工的伤害。
同时，本发明的低温高锰钢对接接头的焊接方法，通过过渡层的焊接工艺合理设置，过渡层的厚度和形状等合理设置，还可以确保焊接接头质量。
综上，本发明提供的低温高锰钢对接接头的焊接方法，则既可以确保焊接接头质量，又能最大程度方便后续各类焊接方法的应用、降低锰烟尘对于焊工的伤害。能够有效地降低了在高锰钢制作低温储罐焊接时锰烟尘的发生量，解决了应用高锰钢焊条及药芯焊丝在产品应用中所存在的职业健康问题，也不需要配备相应专门的防护装置及除尘装置，为高锰钢的大范围应用提供了有利保障。
本发明提供的低温高锰钢对接接头的焊接方法，适用于LNG储罐的焊接，例如，用于船舶、海洋工程、化工领域上LNG储罐的焊接。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将低温高锰钢板材需要进行对接焊的边开设坡口；
（2）在已加工好的坡口的端部设置辅助焊接装置，所述辅助焊接装置包括固定角钢和位于所述固定角钢内侧的直角衬垫，所述直角衬垫紧贴所述固定角钢，所述坡口位于所述直角衬垫形成的焊接区域内，并且所述坡口的端部与所述直角衬垫的侧壁具有第一间隙；
（3）采用埋弧焊在坡口的端部沿坡口进行堆焊，去除辅助焊接装置，然后加工坡口，得到带有过渡层的低温高锰钢板材，所述过渡层的正面厚度小于所述过渡层的背面厚度；
（4）将两块带有过渡层的低温高锰钢板材，组成对接接头，使得两块带有过渡层的低温高锰钢板材的端部彼此靠近，使得两块带有过渡层的低温高锰钢板材的坡口之间形成焊接空间；
（5）对所述焊接空间进行焊接，在过渡层上焊接得到对接接头；
所述步骤（3）中埋弧焊的焊材与所述步骤（5）中焊接的焊材类型相同或相近；
所述低温高锰钢对接接头的焊接方法实现低温高锰钢对接接头采用焊条电弧焊或气体保护焊焊接工艺时，能够有效地降低了低温高锰钢对接接头在焊接时的锰烟尘的发生量。
2.如权利要求1所述的低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，所述步骤（3）中，过渡层的正面厚度为2±1mm，过渡层的背面厚度为3±1mm。
3.如权利要求1所述的低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，所述步骤（2）中的第一间隙为4±1mm。
4.如权利要求1所述的低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，所述步骤（2）中，采用支撑平台对低温高锰钢板材进行支撑，支撑平台的支撑面高于直角衬垫紧的底面，使得坡口的端部与所述直角衬垫的底部具有第二间隙，所述第二间隙小于所述第一间隙。
5. 如权利要求1所述的低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，所述过渡层的厚度为1-4 mm。
6.如权利要求1所述的低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，所述步骤（1）中，当低温高锰钢板材的厚度≤20mm时，开设单面坡口；当低温高锰钢板材的厚度＞20mm时，开设双面坡口。
7.如权利要求1所述的低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，所述步骤（1）中，开设的坡口的角度为25°±2°。
8.如权利要求1所述的低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，所述直角衬垫为陶瓷直角衬垫。
9. 如权利要求1所述的低温高锰钢对接接头的焊接方法，其特征在于，所述步骤（3）中，埋弧焊的焊接电流为330±20A，焊接电压为30±1V，焊接速度300±30 mm/min，焊丝直径为2.4mm。
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