B610CF鋼焊接工藝研究

陳志高

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000）

B610CF鋼焊接工藝研究

陳志高

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000）

B610CF鋼板為寶鋼開發(fā)，屈服強(qiáng)度490MPa，屬于低合金高強(qiáng)鋼。文章簡述了低合金高強(qiáng)鋼的焊接性及易出現(xiàn)的焊接問題，對(duì)B610CF鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能進(jìn)行了公式計(jì)算分析。并總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用焊條電弧焊和（80% Ar+20%CO2）氣保焊焊接B610CF鋼的施工工藝，希望對(duì)水電站焊接同類材質(zhì)蝸殼、壓力鋼管等給予一定的借鑒和指導(dǎo)意義。同時(shí)，對(duì)今后低合金高強(qiáng)鋼在工程機(jī)械等領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)提供參照。

B610CF鋼；低合金高強(qiáng)鋼；焊接；工藝

目前，根據(jù)國外理論，將屈服強(qiáng)度為600～1000MPa的鋼稱為低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼。低合金高強(qiáng)鋼含碳量W(C)較低，一般小于0.18%，其良好性能的實(shí)現(xiàn)得益于低碳、多種合金元素以提高淬透性以及調(diào)質(zhì)熱處理等技術(shù)。低合金高強(qiáng)鋼具有強(qiáng)度高、塑韌性好、焊接性能廣等特點(diǎn)，現(xiàn)被廣泛用于電力、汽車、工程機(jī)械等專業(yè)領(lǐng)域。焊接工藝是低合金高強(qiáng)度鋼的重要影響因素，目前最常見的高強(qiáng)鋼焊接工藝包括氣體保護(hù)焊、手弧焊條電弧焊等類型。

表1 B610CF鋼板的化學(xué)成分 （﹪）

表2 B610CF鋼板的力學(xué)性能

1 低合金高強(qiáng)鋼的焊接性

（1）低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)易出現(xiàn)問題。實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，因低合金高強(qiáng)鋼淬硬性大，焊接過程中存在兩個(gè)方面的問題，具體如下：①熱影響區(qū)軟化。若調(diào)質(zhì)鋼材的加熱溫度大于回火溫度，鋼材性能必然發(fā)生改變，因此不可避免地出現(xiàn)熱影響鋼材區(qū)溫度、韌性等的降低，且材料強(qiáng)度越高效果越明顯。為獲得適當(dāng)?shù)能浕瘏^(qū)域?qū)挾燃败浕潭龋摵附庸に囈欢ㄒ訌?qiáng)對(duì)熱輸入?yún)?shù)等的控制。②熱影響區(qū)脆化及冷裂紋。熱影響區(qū)脆化及焊接冷裂紋是一對(duì)矛盾，若拘束度相同，其產(chǎn)生的原因多為冷卻速度的快慢。低合金高強(qiáng)鋼因淬透性大，冷裂傾向變大。但此類鋼材碳含量低，焊接形成低碳馬氏體且其Ms轉(zhuǎn)變溫度高，導(dǎo)致冷卻較慢，馬氏體能做到“自回火”，此時(shí)可以避免冷裂紋的出現(xiàn)。若馬氏體轉(zhuǎn)變速度過快，馬氏體不能實(shí)現(xiàn)“自回火”，必然增大冷裂紋出現(xiàn)的傾向。因此，低合金高強(qiáng)鋼焊接工藝的關(guān)鍵點(diǎn)，在于交集區(qū)域內(nèi)尋找恰當(dāng)?shù)睦鋮s速度。

（2）B610CF鋼板的化學(xué)成分及力學(xué)性能。B610CF鋼以調(diào)質(zhì)、熱機(jī)械控制軋制或熱機(jī)械控制軋制加回火狀態(tài)交貨，具有冷裂紋敏感性低、綜合力學(xué)性能好等特點(diǎn)。此類鋼的牌號(hào)由寶鋼股份中“寶”的拼音字母首位“B”、規(guī)定最小抗拉強(qiáng)度（單位MPa）的數(shù)值、代表其特性的英文字母、用途、交貨狀態(tài)和質(zhì)量等級(jí)組成。表示低焊接裂紋敏感性時(shí)用英文Crack Free首位字母“CF”，現(xiàn)將B610CF鋼板的化學(xué)成分及力學(xué)性能介紹如下，表1和表2。

根據(jù)公式及表1計(jì)算出板厚10～80mm的B610CF鋼的碳當(dāng)量Ceq（JIS）、冷裂紋敏感系數(shù)Pcm：

Ceq（JIS）（max）=0.44%；Pcm（max）=0.22%

說明：日本JIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定碳當(dāng)量公式：

冷裂紋敏感系數(shù)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以初步判定B610CF鋼板有一定的淬硬傾向（Ceq=0.4%～0.6%，在一定條件下焊接）。

高強(qiáng)鋼常需要焊接，在焊態(tài)下使用。外界溫度較低時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊前熱處理，防止裂紋出現(xiàn)，隨板厚增大預(yù)熱溫度要相應(yīng)提高（20～150℃）。一般不進(jìn)行焊后熱處理，若必須要進(jìn)行，其溫度應(yīng)低于母材調(diào)質(zhì)回火溫度（30～50℃）。

2 B610CF鋼焊接工藝要點(diǎn)

我單位分包合同工程清單包括尾水管、蝸殼、機(jī)坑里襯三部分金屬結(jié)構(gòu)的制作，其中蝸殼結(jié)構(gòu)型式為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為B610CF型高強(qiáng)鋼。蝸殼與蝸殼進(jìn)口延伸段相接處的內(nèi)徑為8.76m。蝸殼共有36個(gè)管節(jié)、96個(gè)瓦塊，每節(jié)“C”型管由三個(gè)瓦塊組成，在工地現(xiàn)場廠房組焊為整節(jié)出廠。

B610CF鋼焊接施工前應(yīng)根據(jù)焊接工藝評(píng)定報(bào)告（PQR）、焊接性分析、現(xiàn)場環(huán)境條件、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等制定專門的焊接工藝，此工藝應(yīng)介紹焊接的工程量、焊接位置、母材材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)場環(huán)境條件包括溫度、濕度、風(fēng)速、照明、通道、電源等；工藝細(xì)節(jié)包含人員資質(zhì)要求、設(shè)備型號(hào)規(guī)格、焊材管理、焊條烘焙、焊前預(yù)熱、消氫處理、無損探傷和缺陷返修等。除此之外，還應(yīng)介紹現(xiàn)場施工管理、質(zhì)量管理、安全管理、工程進(jìn)度、資源配置等內(nèi)容，B610CF鋼焊接工藝要點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)定位焊要求。裝配時(shí)的定位焊采用與焊接該焊件相同的焊接工藝，定位焊不允許有浮焊、裂紋、氣孔等缺陷。定位焊位置應(yīng)距焊縫端部30mm以上，其長度應(yīng)在50mm以上，間距為100～400mm，厚度不宜超過正式焊縫高度的1/2，最厚不超過8mm。

（2）為防止焊接裂紋和減小內(nèi)應(yīng)力，裝配時(shí)要盡量避免強(qiáng)行組裝。

（3）焊件的裝配質(zhì)量經(jīng)檢查合格后，方可進(jìn)行正式焊接，嚴(yán)禁在間隙內(nèi)添入金屬材料。

（4）焊接操作。整體組焊時(shí)按組裝順序進(jìn)行焊接，先焊筒內(nèi)，外側(cè)打底清根焊透，必須嚴(yán)格認(rèn)真打磨掉滲碳層，以露出金屬光澤為合格。焊接應(yīng)采用多層多道、分段退步焊，分段退步的長度為300～500mm，較合適的層間溫度為80～200℃，其溫度下限用以保證在多層焊中后道焊縫有起碼的預(yù)熱條件，其溫度上限以避免出現(xiàn)熱應(yīng)力裂紋。通過補(bǔ)充加熱或緩慢焊接，來控制層間溫度。

（5）錘擊消應(yīng)力。除定位焊、打底焊（前3層）和焊縫蓋面不得錘擊消應(yīng)力外，其余每焊一層應(yīng)使用風(fēng)鏟錘擊消應(yīng)力，消應(yīng)力的效果應(yīng)使焊縫表面屈服方可施焊下一層。消應(yīng)力所使用的風(fēng)鏟的錘頭部應(yīng)磨成圓形，其圓弧半徑應(yīng)大于2mm，必須在每層焊縫焊完后立即進(jìn)行錘擊消應(yīng)力。

（6）變形監(jiān)測和控制。焊接過程中由技術(shù)人員對(duì)蝸殼的變形隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，定時(shí)用觀測蝸殼變形及焊接收縮情況，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理。

（7）焊后消氫后熱處理。焊接完畢后焊縫溫度未低于預(yù)熱溫度前，必須立即進(jìn)行消氫后熱處理，消氫溫度為250～300℃，保溫時(shí)間2～4h（根據(jù)板厚來確定）。用履帶式紅外線電加熱，加熱時(shí)必須緩慢且均勻，用紅外線測溫槍測量，人工監(jiān)控溫度。

（8）無損檢測。設(shè)計(jì)圖紙要求為：蝸殼所有縱向焊縫按ASME標(biāo)準(zhǔn)做100%RT，個(gè)別不能做RT的部位做100%UT，蝸殼所有焊縫均按ASME標(biāo)準(zhǔn)做100%MT/PT。考慮RT實(shí)際操作的工作環(huán)境等因素，經(jīng)與業(yè)主、設(shè)計(jì)溝通，工地RT檢測用TOFT檢測替代。

（9）返修處理。無損檢測焊縫發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷時(shí)，用角磨機(jī)、砂輪機(jī)或碳弧氣刨清理缺陷部位，清除缺陷應(yīng)擴(kuò)大范圍20～50mm。如果缺陷清除時(shí)有裂紋延伸現(xiàn)象，必須根據(jù)實(shí)際情況分析處理，在采取相應(yīng)措施后徹底清除。

缺陷清除區(qū)域應(yīng)過渡光澤，坡度不小于25°并且應(yīng)打磨至露出金屬光澤，然后用磁粉檢測儀確認(rèn)缺陷清除情況后再完整執(zhí)行焊接工藝，返修補(bǔ)焊，并進(jìn)行無損檢測。

3 結(jié)束語

雖然高強(qiáng)鋼在焊接時(shí)存在一定的缺陷，但在保證焊接工藝、焊材管理、施焊環(huán)境和順序等的前提下，是能逐步克服這些問題的。通過分析高強(qiáng)鋼板焊接時(shí)易出現(xiàn)的問題，有的放矢地制定相應(yīng)的工藝流程，明確注意事項(xiàng)，同時(shí)對(duì)焊接工藝進(jìn)行質(zhì)量控制并制定相應(yīng)的安全生產(chǎn)條例，定會(huì)提高對(duì)B610CF鋼的焊接能力。

筆者公司對(duì)B610CF鋼焊接工藝評(píng)定報(bào)告（PQR）（采用ASME標(biāo)準(zhǔn)）結(jié)果如下：第一，焊條電弧焊：拉伸、彎曲試驗(yàn)均合格，沖擊功（-20℃）在焊縫的正表面為110～136J，在距焊縫正表面3/4厚度處為116～138J，熱影響區(qū)均大于290J。第二，（80% Ar+20%CO2）氣保焊：拉伸、彎曲試驗(yàn)均合格，沖擊功（-20℃）在焊縫的正表面為112～118J，在距焊縫正表面3/4厚度處為121～126J，熱影響區(qū)282～285J。

附：具體焊接工藝參數(shù)（見表3、表4）

注：手工焊，采用 CHE62CFLH 焊條。

表3 CHE62CFLH焊條焊接工藝參數(shù)

表4 CHW-65A焊絲焊接工藝參數(shù)

[1]郭學(xué)兵.低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼的焊接[J].能源技術(shù)與管理,2009,(2):76-77.

[2]王勇.低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼焊接工藝研究進(jìn)展[J].應(yīng)用能源技術(shù),2009,(8):11-13.

TG44

A

1671-3818（2016）04-0019-02

陳志高（1987-），男，漢族，大學(xué)本科，云南昆明人，助理工程師，研究方向：水工金屬結(jié)構(gòu)制造。