高锰高铝钢锚链的焊接工艺

技术领域

本发明涉及船舶及海洋工程技术领域，具体而言，涉及一种高锰高铝钢锚链的焊接工艺。

背景技术

锚链是连接锚和船体、海洋工程设备之间的链条，对海上作业的安全有着重要作用。随着海洋工程不断向深海发展，海上环境会更加恶劣，链条除了受到静力拉伸作用外还经常受到冲击拉伸作用，因此，各类设施对链条的抗冲击性能的要求也越来越高。传统提升链条综合性能的方法主要为提升链条规格或提升链条强度等级。但是，海洋设施上的链环直径受诸多因素制约，且更高的强度级别链条往往伴随着塑性降低、抗冲击性能下降、焊接性差等一系列问题。

高锰高铝钢作为近些年新发展的一种钢材，组织为奥氏体，塑性变形模式除了位错滑移外，还伴随有孪晶诱导塑性变形，使其具有优异的塑性、抗拉强度和抗冲击性能，有望在海洋工程中有所应用。

在锚链的生产方法中，焊接锚链因具有良好的质量和适中的制造成本使得其得以广泛的应用。目前，自动化程度高的闪光焊是目前大多数锚链的主流生产形式。但该焊接方法不适用于高锰高铝钢锚链焊接，主要原因是高锰高铝钢含有铝元素和较高的Mn和C元素，闪光对焊由于无气体保护且心部热输入量较大，导致在焊接时产生大量烟尘且端部由于顶锻力的存在会发生错边造成锚链变形增大，影响接头强度，因此，闪光对焊不适用于高锰高铝钢锚链的生产。

综上所述，现有技术中高锰高铝钢锚链焊接的焊接方式不适用高锰高铝钢锚链的生产。

发明内容

本发明实施例中提供一种适用高锰高铝钢锚链的生产的高锰高铝钢锚链的焊接工艺。

为实现上述目的，本发明提供了一种高锰高铝钢锚链的焊接工艺，包括如下步骤：

下料步骤：选择高锰高铝钢棒材作为原材料，所述高锰高铝钢棒材规格为Φ8～Φ30mm，屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥40％，断面收缩率≥40％；

弯环步骤：将高锰高铝钢棒材在弯环机上进行弯环，先将高锰高铝钢棒材绕弯心轴弯折成底部水平的U形，再将U形的两侧边绕弯心轴向中间弯折，将链环的两个端面相互靠近，保证两端面间隙不超过2mm；

坡口加工步骤：对链环两端进行坡口加工，对坡口及两侧至少20mm范围内进行打磨，去除表面铁锈和水；

自熔打底焊接步骤：首先进行打底层焊接，焊接方式为氩弧焊自熔打底，链环的正面及背面均采用富氩气体保护；

链环正面的填充层焊接步骤：对链环的正面进行第一层填充焊缝焊接，链环的正面及背面均采用富氩气体保护焊接，焊接材料使用与母材成分相同的实芯焊丝，完成该道次后再进行下一道次，直到焊缝余高高于链环表面；

清根步骤：链环的背面进行清根处理，清除焊根中的积碳和缺陷，对清理好的坡口再进行打磨，并彻底清除清根后坡口及其两侧的熔渣、毛刺，直至露出金属光泽，且保持清根后坡口宽度和深度在沿焊缝的方向保持一致；

链环背面的填充层焊接步骤：对链环的背面进行第一层填充焊缝焊接，链环的正面及背面均采用富氩气体保护焊接，焊接材料使用与母材成分相同的实芯焊丝，完成该道次后再进行下一道次，直到焊缝余高高于链环表面；

检验步骤：对弯折链环两端面间隙进行检测以及对链环焊后焊缝处气孔、夹渣性进行检测。

进一步地，在自熔打底焊接步骤中，氩弧焊的工艺参数包括：气体流量为15～20L/min，焊接电流75～95A，电弧电压为18～22V，冷却方式为空冷。

进一步地，在链环正面的填充层焊接步骤和链环背面的填充层焊接步骤中，焊接的工艺参数包括：链环预热温度为100℃，焊接电流为110～120A，电弧电压为18～22V，冷却方式为空冷。

本发明能够达到的技术效果：1、本发明锚链采用冷加工成型，比常规的热加工成环更加高效便捷、节省能耗；2、本发明采用的焊接工艺采用氩弧焊，焊接时焊缝正反面均采用氩气作为保护气体，充分保证了焊缝质量，有效解决了碳当量过高及焊接时产生大量锰烟尘的影响；3、本发明采用实芯焊丝进行焊接，使焊缝组织与基体组织相同，均为奥氏体组织，保证了焊缝金属优良的力学性能，降低了凝固温度范围，避免凝固裂纹的产生；4、进一步的，由于该新型高锰高铝钢具有优异的塑性变形能力，为提升锚链的强度等级，可通过预拉伸进行强度等级提升。5、链环正面焊接和背面焊接是在链环的两个侧面分别进行焊接，这种方法可以增加焊缝的强度和可靠性，也可以减少焊接变形和应力。6、本发明采用高锰高铝钢制备锚链，由于高锰高铝钢具有优异的抗冲击性能，能够在恶劣的海洋环境上有效吸收工程设备运动带来的冲击能，大幅度提高锚链的使用寿命，保证了锚链使用时的安全性。综上，本发明提供的高锰高铝钢锚链的焊接工艺，解决了现有技术中高锰高铝钢锚链焊接的诸多问题，更适用于高锰高铝钢锚链的生产。

附图说明

图1是本发明实施例的高锰高铝钢锚链的焊接工艺的流程示意图；

图2是本发明实施例的高锰高铝钢锚链的弯折示意图；

图3是本发明实施例中高锰高铝钢锚链焊接接头开坡口的结构示意图；

图4是本发明实施例的高锰高铝钢锚链的焊接工艺焊后成品链环的示意图；

图5是本发明实施例中U型链条拉伸工装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参见图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种高锰高铝钢锚链的焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：

下料步骤S10：选择高锰高铝钢棒材作为原材料，所述高锰高铝钢棒材规格为Φ8～Φ30mm，屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥40％，断面收缩率≥40％；

弯环步骤S20：将高锰高铝钢棒材在弯环机上进行弯环，先将高锰高铝钢棒材绕弯心轴弯折成底部水平的U形，再将U形的两侧边绕弯心轴向中间弯折，将链环的两个端面相互靠近，保证两端面间隙不超过2mm；

坡口加工步骤S30：对链环两端进行坡口加工，对坡口及两侧至少20mm范围内进行打磨，去除表面铁锈和水；

自熔打底焊接步骤S40：首先进行打底层焊接，焊接方式为氩弧焊自熔打底，链环的正面及背面均采用富氩气体保护；

链环正面的填充层焊接步骤S50：对链环的正面进行第一层填充焊缝焊接，链环的正面及背面均采用富氩气体保护焊接，焊接材料使用与母材成分相同的实芯焊丝，完成该道次后再进行下一道次，直到焊缝余高高于链环表面；

清根步骤S60：链环的背面进行清根处理，清除焊根中的积碳和缺陷，对清理好的坡口再进行打磨，并彻底清除清根后坡口及其两侧的熔渣、毛刺，直至露出金属光泽，且保持清根后坡口宽度和深度在沿焊缝的方向保持一致；

链环背面的填充层焊接步骤S70：对链环的背面进行第一层填充焊缝焊接，链环的正面及背面均采用富氩气体保护焊接，焊接材料使用与母材成分相同的实芯焊丝，完成该道次后再进行下一道次，直到焊缝余高高于链环表面；

检验步骤S80：对弯折链环两端面间隙进行检测以及对链环焊后焊缝处气孔、夹渣性进行检测。

本发明实施例的技术方案，在弯环步骤中，使用新型高锰高铝钢棒材具有优异的冷弯加工性能，不采用热加工即可弯曲成合格的链环，大大节约能耗。坡口加工步骤能够防止焊接时产生缺陷影响焊件力学性能。自熔打底焊接步骤、链环正面的填充层焊接步骤和链环背面的填充层焊接步骤的配合，有效解决了碳当量过高及焊接时产生大量锰烟尘的影响，同时发挥出该新型高锰高铝钢自身优异的塑性及抗冲击性能。

本发明能够达到的技术效果：1、本发明锚链采用冷加工成型，比常规的热加工成环更加高效便捷、节省能耗；2、本发明采用的焊接工艺采用氩弧焊，焊接时焊缝正反面均采用氩气作为保护气体，充分保证了焊缝质量，有效解决了碳当量过高及焊接时产生大量锰烟尘的影响；3、本发明采用实芯焊丝进行焊接，使焊缝组织与基体组织相同，均为奥氏体组织，保证了焊缝金属优良的力学性能，降低了凝固温度范围，避免凝固裂纹的产生；4、进一步的，由于该新型高锰高铝钢具有优异的塑性变形能力，为提升锚链的强度等级，可通过预拉伸进行强度等级提升。5、链环正面焊接和背面焊接是在链环的两个侧面分别进行焊接，这种方法可以增加焊缝的强度和可靠性，也可以减少焊接变形和应力。6、本发明采用高锰高铝钢制备锚链，由于高锰高铝钢具有优异的抗冲击性能，能够在恶劣的海洋环境上有效吸收工程设备运动带来的冲击能，大幅度提高锚链的使用寿命，保证了锚链使用时的安全性。综上，本发明提供的高锰高铝钢锚链的焊接工艺，解决了现有技术中高锰高铝钢锚链焊接的诸多问题，更适用于高锰高铝钢锚链的生产。

优选地，在自熔打底焊接步骤中，氩弧焊的工艺参数包括：气体流量为15～20L/min，焊接电流75～95A，电弧电压为18～22V，冷却方式为空冷。

优选地，在链环正面的填充层焊接步骤和链环背面的填充层焊接步骤中，焊接的工艺参数包括：链环预热温度为100℃，焊接电流为110～120A，电弧电压为18～22V，冷却方式为空冷。

本实施例使用Φ12.5mm新型高锰高铝钢锚链加工及其焊接为例，按照如图2所示，冷弯成锚链10a，并按照图3所示，将锚链两端面加工成30°双V型焊接坡口10b。

使用氩弧焊姿容打底，填充层焊接采用直径2.4mm实芯焊丝进行氩弧焊接，锚链背面同时使用氩气作为保护气体，气体流量为15～20L/min，具体焊接参数如表1。

表1：

焊后链环成品如图4所示，焊缝表面熔合良好，未见裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。

按照如图5所示的U型工装固定一定数量的链条，以10.0mm/min的拉伸速度加载，并连续测量拉伸位移及拉伸负荷，直至链条发生断裂，其中，Φ12.5mm链条破断力及断后延伸率(焊接接头拉伸性能)如表2所示。

表2：

本实施例的高锰高铝钢锚链的焊接工艺，采用冷弯成型加氩弧自熔打底后添加实芯焊丝进行焊接，配合小热输入及正背保护方式，有效解决了碳当量过高及焊接时产生大量锰烟尘的影响，同时发挥出该新型高锰高铝钢自身优异的塑性及抗冲击性能，有望在未来海洋工程中代替同等强度级别的锚链钢。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。