國(guó)產(chǎn)800 MPa高強(qiáng)鋼岔管的焊接工藝

文智敏，劉翼鵬

（新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司，新疆烏魯木齊830000）

國(guó)產(chǎn)800 MPa高強(qiáng)鋼岔管的焊接工藝

文智敏，劉翼鵬

（新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司，新疆烏魯木齊830000）

簡(jiǎn)要介紹了國(guó)產(chǎn)800 M Pa級(jí)高強(qiáng)鋼在岔管制作安裝過程中的焊接工藝參數(shù)和控制措施。關(guān)鍵詞：W H 80Q岔管；首次采用；焊接工藝

1 岔管材料及性能

喀臘塑克水利樞紐發(fā)電洞岔管采用Y-卜形組合結(jié)構(gòu)，主岔為Y形，2個(gè)支岔為卜型，兩個(gè)支岔分為四個(gè)支管同水輪發(fā)電機(jī)蝶閥相連接。主管內(nèi)徑為7600mm，支管內(nèi)徑為5200mm，小支管內(nèi)徑3400mm，最大公切球內(nèi)徑為8 780 mm，承受最大內(nèi)水壓力約14 MPa。1號(hào)Y型岔管材料采用WH80Q鋼，厚度為32 mm；2號(hào)卜形岔管材料采用WDB620D鋼，厚度為28mm；Y形岔管肋板采用WH80Q鋼，厚度60 mm；卜型鋼岔管肋板采用WDB620D鋼，厚度60 mm。WH80Q和WDB620D均為河南舞陽鋼鐵公司生產(chǎn)，其化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1和表2所示。WH80Q鋼的此次應(yīng)用為國(guó)產(chǎn)800 MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼在水利工程中的首次使用，本文重點(diǎn)介紹WH80Q鋼的焊接工藝和實(shí)際施工過程中出現(xiàn)的問題及對(duì)應(yīng)措施。

表1 WH80Q和WDB620D鋼化學(xué)成份（≤%）

碳當(dāng)量計(jì)算公式為Ceq(%)=C+Mn/6+(Mo+Cr+V) /5+(Ni+Cu)/15

WH80Q，δ=32mm Ceq≤0.50；δ=60mm Ceq≤0.60

表2 WH80Q和WDB620D鋼力學(xué)性能

2 800 MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

邀請(qǐng)相關(guān)專家培訓(xùn)800 MPa級(jí)焊工，并制定了詳細(xì)的焊接工藝，工藝參數(shù)如（表3）。

為了驗(yàn)證所訂焊接工藝的適宜性，在正式焊接前先進(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn)，并進(jìn)行了評(píng)定。試驗(yàn)采用(X型坡口、V型坡口)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，材料、板厚、坡口形式、工藝均與實(shí)際焊縫相同。試板焊后經(jīng)外觀檢測(cè)及X射線探傷檢查合格。焊接工藝檢驗(yàn)評(píng)定統(tǒng)計(jì)如表4，其試驗(yàn)結(jié)果見表5。試驗(yàn)依據(jù)GB/T19868.1進(jìn)行。經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，評(píng)定該焊接工藝符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以按此工藝進(jìn)行指導(dǎo)施工。

3 現(xiàn)場(chǎng)焊接的實(shí)施

3.1 施工準(zhǔn)備

焊工：參加焊接的人員全部必須通過800 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼焊接培訓(xùn)并取得對(duì)應(yīng)位置的焊工證。

焊條牌號(hào)：J807G，焊條直徑3.2 mm、4.0 mm；烘烤溫度350℃，烘烤時(shí)間1.5～2 h，使用前裝保溫桶保溫，隨用隨取。

母材組對(duì)完成：瓦片組對(duì)完成，檢測(cè)合格后，在焊縫外側(cè)進(jìn)行定位焊接。

母材預(yù)熱：采用遠(yuǎn)紅外電熱裝置加熱，預(yù)熱范圍焊縫兩側(cè)各200 mm，使用遠(yuǎn)紅外表明測(cè)溫儀監(jiān)控預(yù)熱溫度，最高溫度控制在200℃，預(yù)熱溫度控制在80℃～110℃，加熱時(shí)間為1 h。

表3 焊接工藝參數(shù)表

表4 焊接工藝檢驗(yàn)評(píng)定統(tǒng)計(jì)表

表5 焊接工藝試驗(yàn)成果

環(huán)境條件：溫度5℃以上（實(shí)測(cè)溫度12～31℃），風(fēng)力2級(jí)以下（實(shí)測(cè)風(fēng)力1～6級(jí)，搭設(shè)了防風(fēng)棚），對(duì)于風(fēng)力大于2級(jí)的施工場(chǎng)所需要架設(shè)防風(fēng)棚。

3.2 實(shí)施焊接

對(duì)于雙面坡口，由內(nèi)側(cè)開始施焊，而定位焊在外側(cè)。在焊完內(nèi)側(cè)兩層到三層以后，在外側(cè)用碳弧氣刨進(jìn)行清根。清根時(shí)應(yīng)將根部缺陷徹底清除干凈，刨槽的前端半徑（4 mm以上）及寬度應(yīng)符合指定值。然后采用磨光機(jī)將刨槽的滲碳層、氧化物等磨掉并休整刨槽的形狀。同時(shí)檢查根部有無缺陷，必要時(shí)采用著色探傷的方法進(jìn)行檢查。

焊接開始后連續(xù)施焊直至焊縫完成，中途不得停止。焊接過程嚴(yán)格執(zhí)行多層多道、窄焊道薄焊層的焊接方法，在平、橫、仰位置禁止電弧擺動(dòng)，立焊時(shí)嚴(yán)格控制焊槍擺動(dòng)幅度，手工電弧焊控制在3d（d為焊條直徑）范圍內(nèi)，焊條的傾角限制為±30°。單焊道焊縫厚度小于4 mm，以保證焊縫和熱影響區(qū)的冷彎和沖擊性能。層間清理采用風(fēng)動(dòng)打渣機(jī)清除焊渣及飛濺物。焊縫層間溫度控制在70～90℃，層間厚度控制在4～6 mm。

因手工電弧焊時(shí)，熱輸入量理論計(jì)算不準(zhǔn)確，而且也很難運(yùn)用于實(shí)際操作中。本工程采用計(jì)算Av值的方法控制熱輸入量。Av＝1根焊條所焊焊縫的長(zhǎng)度÷1根焊條除焊條頭以外的長(zhǎng)度。通過試驗(yàn)確定Av≥0.6，以實(shí)現(xiàn)大電流、薄焊層窄焊道、多層多道的焊接技術(shù)，確保焊縫的質(zhì)量。

3.3 焊后處理

為防止冷裂紋的產(chǎn)生，在焊接完成后應(yīng)立即采取后熱處理，后熱溫度250～300℃，后熱時(shí)間2 h。之后采用石棉被保溫緩冷至環(huán)境溫度。后熱處理完成后，對(duì)焊縫兩側(cè)的焊渣、飛濺物、碼板等打磨干凈，打磨寬度為200 mm，焊縫表面嚴(yán)禁打磨，以備外觀檢查。

焊縫完成48 h后進(jìn)行外觀檢查和無損檢驗(yàn)。本岔管焊縫進(jìn)行了100%超聲波探傷和5%的射線探傷。由于月牙肋處的丁字焊縫無法進(jìn)行射線探傷，因而只進(jìn)行了100%的超聲波探傷。同時(shí)對(duì)焊縫表面進(jìn)行了滲透探傷檢查。經(jīng)檢驗(yàn)焊接質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范要求。

3.4 缺陷的修補(bǔ)

對(duì)于焊縫及其他部位發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于電弧擦傷、咬邊等淺表缺陷一般采用磨光機(jī)將缺陷磨掉，研磨后應(yīng)保證鋼板剩余厚度不小于原始板厚的95%。如缺陷較深，應(yīng)補(bǔ)焊后磨平。對(duì)于內(nèi)部缺陷，采用砂輪或碳弧氣刨將缺陷，砂輪磨除滲碳層和氧化物后補(bǔ)焊。補(bǔ)焊焊道長(zhǎng)度應(yīng)在50 mm以上，補(bǔ)焊時(shí)也必須進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度、范圍、時(shí)間與焊接時(shí)相同。補(bǔ)焊時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度70～90℃、厚度4～5mm，Av＞0.6，焊后必須進(jìn)行后熱保溫處理。

4 出現(xiàn)的問題及對(duì)應(yīng)措施

4.1 橫縫焊接裂紋

在800 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼岔管瓦片拼接焊縫中，橫焊焊縫出現(xiàn)裂紋，而條件下施工的立焊、平焊沒有出現(xiàn)裂紋。裂紋位于內(nèi)側(cè)焊縫中央，平行于焊道，熱影響區(qū)和母材未發(fā)現(xiàn)裂紋。采用碳弧氣刨清除裂紋焊縫時(shí)，裂紋發(fā)展貫通，導(dǎo)致整個(gè)橫焊拼接縫全部貫通。在問題出現(xiàn)之后，項(xiàng)目部組織施焊人員和焊接專家進(jìn)行了分析和討論，對(duì)比了橫焊和立焊、平焊的區(qū)別；搭設(shè)防風(fēng)棚，嚴(yán)格按照焊接工藝條件，挑選優(yōu)秀的焊工進(jìn)行橫焊實(shí)驗(yàn)。通過一周的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)按照內(nèi)側(cè)橫焊兩道，然后外側(cè)焊接兩道，再進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊接，如此交叉施焊完成的橫焊縫沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。經(jīng)分析認(rèn)為，橫焊焊縫垂直向應(yīng)力可能大于立焊和平焊，先多層多道完成內(nèi)側(cè)焊接再進(jìn)行外側(cè)焊接，外側(cè)焊縫保溫緩冷的過程中，焊縫收縮將內(nèi)側(cè)焊縫拉裂。

為了確保返工焊縫的焊接質(zhì)量，在找出裂紋發(fā)生的原因后再進(jìn)行返工，全部一次返修合格。

4.2 肋板焊縫點(diǎn)狀缺欠的返修認(rèn)證

肋板焊縫完成48 h后，質(zhì)檢部門對(duì)焊縫進(jìn)行了100%的超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)可疑波形的位置進(jìn)行100%的X射線探傷。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)主岔肋板下腰四分之一弧長(zhǎng)處有兩處點(diǎn)狀缺陷（其一缺欠的長(zhǎng)度為15 mm，深度19 mm，波幅SL+8dB，夾渣，評(píng)為IV。另一缺欠的深度21.8 mm，波幅SL+9dB，氣孔，評(píng)為IV）。此兩處超標(biāo)缺欠均在肋板與殼體連接焊縫上，由于缺欠所在位置較深，又是肋板與管壁的組合焊縫，局部返修不能完全保證焊接質(zhì)量，同時(shí)增加焊接應(yīng)力，確定對(duì)鋼岔管振動(dòng)消應(yīng)后進(jìn)行復(fù)檢，查看缺欠的發(fā)展情況，再確定返修方案。振動(dòng)消應(yīng)后，應(yīng)力消除率達(dá)到38.05%，應(yīng)力趨于均勻，經(jīng)過100%的超聲波檢測(cè)，點(diǎn)狀缺欠未見擴(kuò)展，未發(fā)現(xiàn)新的缺欠。鑒于局部返修將難以保證焊接質(zhì)量，同時(shí)增加的焊縫應(yīng)力無法消除等情況，報(bào)監(jiān)理及業(yè)主同意，此兩處缺欠沒有進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

喀臘塑克水利樞紐發(fā)電洞壓力鋼管及岔管分部工程已經(jīng)通過分部工程驗(yàn)收，工程質(zhì)量等級(jí)優(yōu)良。事實(shí)證明，按照嚴(yán)格的焊接工藝條件，國(guó)產(chǎn)800 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的焊接性能良好。

book=32,ebook=30

TV732.4+1

B

1672-5387（2010）04-0032-03

2010-05-13

文智敏（1978-），男，從事壓力鋼管及岔管制作安裝施工技術(shù)及管理工作。