国内主要钢厂海工用EQ51超高强钢焊接试验

发表于 讨论求助 2020-11-24 10:31:29


1. 概述

海洋工程一直备受世界的高度关注,EQ系列超高强钢以其足够的强度、低的韧脆转变温度和一定的伸长率在海工方面获得广泛应用,尤其是应用在钻井平台的一些重要结构中。由于ABS标准中对EQ系列(如EQ51)超高强度钢只规定了C、Mn、Si、S、P、N元素的化学成分,其他微合金元素没有具体规定,这就导致各钢厂生产的EQ系列钢化学成分有差异,钢的焊接性存在差别,反映在力学性能上主要是抗拉强度及冲击韧性不同。


在CJ46—X100—D自升式钻井平台的升降装置、悬臂梁等重要结构中用到了大量的12~60mm厚的EQ51钢板,如果不加区分将这些钢用于平台,就会存在安全隐患。本文通过对国内5家主要钢厂(以下分别用字母ABCDE表示)生产的EQ51钢板分别进行系列焊接试验,客观分析各钢厂生产的EQ51钢板焊接性的差异,全面了解掌握国内生产的EQ51超高强钢的焊接性等技术质量情况,为公司EQ51钢板的采购订货提供技术支持。


2. 试验条件


(1)试验组别

本试验根据不同钢厂和不同厚度的母材分为8组,具体如表1所示。


(2)母材

采用规格为12mm/25mm/30mm×180mm×1 000mm的EQ51钢板,ABS 标准对力学性能要求为屈服强度≥500MPa,抗拉强度610~770MPa,伸长率≥16%,-40℃冲击吸收吸收能量≥50J。


(3)焊接方法

埋弧焊(SAW),反面清根。


(4)试验焊材

采用伊萨OK Autrod 12.34(焊丝)+OK Flux 10.62(焊剂),焊丝表面需无锈,焊剂焊前需进行300℃×2~4h烘焙处理。


(5)坡口设计

12mm厚度母材采用I形坡口,25mm/30mm厚度母材采用(60°±5°)Y形坡口。


(6)预热温度

板厚为12mm时预热10℃,板厚为25mm/30mm时预热65℃。


(7)层间温度

预热温度~200℃。


(8)焊接环境

车间。


(9)焊接参数

具体焊接参数如表2所示。


3. 各钢厂试验结果及分析


按照AWS D1.1要求进行试验,各组试验焊缝焊完48h后经NDT检测(VT+MT+UT)都合格,考虑试验目的主要与焊缝抗拉强度、塑性及冲击韧性相关,故主要以拉伸试验、弯曲试验和冲击试验结果数据作为分析依据,具体如下。


拉伸试验:每组制取两个横向拉伸试样进行试验。


冲击试验:12mm厚度试板每组取5个位置横向冲击试样,25mm/35mm厚度试板每组取6个位置横向冲击试样,其中1个位置为根部焊缝中心处,且每个位置取3个试样进行冲击试验。


冷弯试验:每组制取4个试样进行试验,弯头直径50.8mm,弯曲角度180°,试样规格为10mm×25mm×240mm,要求单个裂纹长度≤3mm,且1~3mm的裂纹长度之和≤10mm。


A钢厂EQ51焊接试验结果如表3所示。其中12mm厚的EQ51钢板经过三次的化学成分和热处理工艺调整,该厚度钢板的焊接性能有所改善,试验数据如表4所示。B、C、D、E钢厂EQ51焊接试验结果如表5~表8所示。


按照AWS D1.1标准要求,从以上试验数据分析可知:


(1)对12mm较薄板而言,A钢厂改进前和C~D钢厂12mm厚度EQ51钢板焊评,虽然抗拉强度值和弯曲试验都满足标准要求,但各组部分冲击值比较低,冲击韧性不能满足标准要求,各个钢厂的冲击韧性值差异较大。A钢厂改进前主要集中在FL+2位置处冲击值低,B钢厂主要集中在FL位置处,且冲击值非常低,C钢厂在FL、FL+1、FL+2及FL+5处的冲击值都低,D钢厂主要在WCL和FL+1处冲击值低。A钢厂经过三次改进后的12mm厚度EQ51钢板力学性能试验能满足标准要求,而且最低冲击单值高出标准要求达63%;E钢厂的12mm厚度EQ51钢板焊接性能试验也能满足标准要求。


(2)对中厚板而言,A钢厂25mm厚与B钢厂30mm厚度EQ51钢板力学性能试验都合格,冲击值较高,抗拉强度也比较稳定,并且弯曲试验也没有发现裂纹。


(3)就EQ51这种钢而言,随着厚度变小,焊接热影响区冲击韧性降低,焊接性变差,这一试验结果与AWS D1.1第4部分关于焊接评定板厚向下覆盖的要求一致。AWS D1.1认为,当考虑焊接接头冲击韧性时,板厚向下覆盖到试验板厚T或16mm,取其中较小的值,板厚T<6mm的情况除外,这种情况覆盖的最小厚度为3mm。所以,16mm以下EQ51板的焊接性要引起重视。


4. 结语


国内这5家钢厂生产的EQ51中厚板焊接性能差异不大,基本都能满足海工生产上的要求,但12mm较薄板焊接性差异较大,只有少数能满足要求,船厂在选择16mm 以下厚度EQ51板时应慎重;同时,建议船级社在进行工厂认可时,加强对16mm厚度以下EQ51板焊接性试验评定。


作者简介:高宗让、李德风 ,招商局重工(深圳)有限公司

文章来源:《金属加工(热加工)》2017年第10期。


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