法國液化空氣焊接公司CTAS實驗室 A-E.Traizet, E.Galand, C.Chovet, B.Leduey 高鵬程 莫青杉 譯

1.概述

高強鋼以其重量輕的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于自升式海洋平臺中，目前海洋工程領(lǐng)域廣泛使用690MPa級高強鋼。為了進(jìn)一步降低平臺的重量，全球最大鋼鐵集團ArcelorMittal旗下INDUSTEEL鋼廠開發(fā)了830MPa級的高強鋼SUPERELSO830，該鋼經(jīng)熱軋、淬火及回火工藝，全板厚上的韌性保證值為50J/－60℃，屈服強度≥830MPa，提供89mm和160mm兩種板厚。

為解決SUPERELS O830的焊接問題，INDUSTEEL和法國液化空氣焊接集團合作開發(fā)了焊條電弧焊及藥芯焊絲埋弧焊工藝，焊態(tài)下的試驗結(jié)果表明，該焊接方案完全滿足各項性能要求。

2.埋弧焊解決方案

液空焊接集團專門研發(fā)了一種埋弧藥芯焊絲來焊接SUPERELSO830鋼。和690MPa級焊接材料一樣，通過添加合金元素（鎳、鉻、鉬）來增加焊縫的力學(xué)性能，但也使得焊縫韌性降低，故必須優(yōu)化化學(xué)成分來獲得韌性和屈服強度的平衡，為此，各項特殊措施用以確保優(yōu)良的韌性水平，如使用高堿度焊劑來確保焊縫低氧含量、低擴散氫含量等。

液空焊接集團研發(fā)的φ3.2mm埋弧焊藥芯焊絲FLUXOCORD83，配合焊劑OP121TT/W使用，進(jìn)行了全焊縫金屬以及焊接接頭的試驗，試板尺寸為1000mm×350mm×160mm，焊接參數(shù)如表1所示。

表1 焊接參數(shù)

表2是母材及全焊縫金屬的化學(xué)分析。和690MPa級鋼相比，該成分具有較高的鎳含量，這讓材料獲得了更高的屈服強度。表3綜合介紹了全焊縫金屬和接頭的力學(xué)性能。可以看到，全焊縫金屬的屈服強度高出母材規(guī)定的最低值830MPa，抗拉強度高于母材規(guī)定的最低值870MPa，沖擊值高于母材規(guī)定的47J/－60℃。

表2 SUPERELSO 830和全焊縫金屬化學(xué)成分(FLUXOCORD 83/OP121TTW)

表3 全焊縫金屬和焊接接頭的力學(xué)性能(FLUXOCORD 83/OP121TTW)

值得注意的是，830MPa母材根部的韌性值比690MPa的根部韌性值要高，其主要原因為兩種母材化學(xué)成分具有較大差異，母材中很高的Ni含量（4.26%）使得稀釋后焊縫金屬的Ni含量也不會顯著降低，V含量也相對更低（0.031%對0.053%），并且雜質(zhì)水平也較低。

3.焊條電弧焊解決方案

液空焊接集團也開發(fā)了SUPERELSO830的焊條電弧焊方案。使用φ3.2mm及φ4.0mm的TENACITO 83焊接全焊縫金屬和焊接接頭（2G），如圖1所示。試板尺寸為1500m m×350mm×160mm，10°K形接頭，焊接參數(shù)如表4所示。

表4 焊接參數(shù)

包括焊縫、熔合線及母材的沖擊韌性測量如圖2所示。由圖可以看出，熱影響區(qū)和母材區(qū)的韌性符合規(guī)定值。焊接接頭及全焊縫金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表5、表6所示。

圖1

圖2 焊接接頭的沖擊韌性

表5 母材及焊條全焊縫金屬的化學(xué)成分(TENACITO 83, φ4mm)

表6 全焊縫金屬和焊接接頭的力學(xué)性能（TENACITO83, φ4mm）

從表6可以看出，試驗結(jié)果完全滿足母材的要求（Ys≥830MPa，Ts≥870MPa，Kv（-60℃）≥50J）。同時也可以看出，埋弧焊和焊條電弧焊兩種解決方案熔敷金屬成分不盡一致，特別是鎳含量，焊條電弧焊焊縫金屬明顯高于埋弧焊焊縫金屬。

4.結(jié)語

試驗表明，焊接含鎳量高的830MPa高強鋼時，埋弧焊材料組合FLUXOCORD83 /OP121TT W和焊條電弧焊條TENACITO 83在強度、韌性方面都能很好地匹配鋼材SUPERELSO 830。