Q460壓力鋼管全位置焊接

劉冬梅

【摘要】本文詳細介紹了Q460壓力鋼管全位置焊接的焊接工藝。

【關鍵詞】全位置；單面焊雙面成形；熱輸入

1、工程概況

巴基斯坦阿萊瓦水電站位于巴基斯坦的阿萊瓦河和印度河上，是以發電為主的水電工程。本電站主要建筑物有溢流堰（壩）和進水口、引水壓力隧洞、電站廠房及開關站等。阿萊瓦電站壓力鋼管主管段的總長度1820m；材質Q460C、鋼管直徑為2200mm，厚度22mm、每節長度3000mm。

2、焊接難點

壓力鋼管焊接的主要技術難點是：（1）壓力鋼管現場安裝焊縫為全位置焊縫，因管外無法進行清根要采用單面焊雙面成形的工藝。（2）仰焊位置焊接時，熔敷金屬受重力作用易產生下墜形成凸形焊道，與坡口面形成夾角增加下層焊接的難度，操作不當易產生夾渣缺陷。針對上述問題，通過技術專題研究會，制定了以下措施：

坡口的間隙寬窄大小要一致。

湊合節以內徑周長沿垂直中心線將鋼管截面劃分8等份，進行對稱等份的方法焊接，減少焊接變形.

合理安排焊接順序。

使用小電流多層多道快速焊接，熱輸入控制在15—40KJ/Cm。

焊接速度要均勻，焊接厚度要控制在每層不大于5mm。

選擇高熔敷效率，大熔深的低氫焊接方法，減少焊接層數。

3、焊接性分析

Q460C鋼是低合金高強結構鋼鋼材，碳當量較高，鋼的焊接性較差，焊接時有較為明顯的淬硬傾向，熱影響區容易形成脆硬馬氏體組織，同時塑性韌性下降耐應力腐蝕性能惡化，焊后易產生冷裂紋。

4、焊接工藝

焊接方法的選擇

選用富氬氣體熔化極保護焊（GMAW），理由如下：

①富氬氣體保護焊熔敷效率高，利用其大熔深穿透打底層焊縫根部，讓熔池金屬在自由狀態下結晶成形。

②對母體傷害小，富氬氣體對金屬熔池起到冶煉作用，減少焊縫擴散氫的存在。

（2）焊接材料的選擇：ER55-G富氬焊絲，ER55-G焊絲是550-600MP2級低合金高強鋼用鍍鋼氣保護焊絲，適當鉬的加入在提高焊縫拉伸強度的同時對焊縫的塑性韌性的影響較小。

（3）保護氣：混合氣體（Ar80+Co220）。保護效果好、飛濺少、焊縫成形美觀。

（4）焊機：山東奧太焊機NBC-500S，焊接電源類型為晶閘管逆變式。

（5）坡口清理：組對前必須把坡口面及內外兩側100mm范圍的油污、氧化皮、鐵銹、油漆清理干凈。

（6）組裝對口：由起重工把湊合節吊裝到安裝的位置，進行對口調節，要求打底層焊接間隙為4mm，寬窄大小要一致。

（7）焊工：安排兩個焊工對稱焊接。

（8）選擇預熱溫度

根據鋼材的成分、厚度、結構剛性、接頭形式、焊接材料，焊接方法及環境因素等綜合考慮，并通過或焊接性試驗來確定，每側加熱寬度不得小于板厚的5倍，加熱寬度不得小于100mm。

（9）定位焊：定位焊點固前要進行預熱，定位焊接時，每等份的焊接長度、厚度、電流的大小都嚴格控制，而且一定要按排好的焊接順序進行施焊。

5、焊接操作過程

鋼管湊合節的焊接順序：焊前預熱→打底層焊接→填充層焊接 →蓋面層焊接→ 焊后熱處理，保溫2-3小時至冷卻。

（1）焊前預熱

施焊前要對焊縫進行預熱，溫度80-120℃，預熱寬度要大于焊縫厚度的5倍，不小于100mm。

（2）打底層焊接

焊槍在焊縫坡口內擦劃起弧，壓低焊槍電弧迅速移動至第一點熔池起焊的位置，做輕微擺動使焊槍電弧劃出半圓熔池金屬填充第一點，同時手腕立既用一定輕柔力把熔池金屬往坡口反變形方向外壓送，當聽到電弧推力發出，連續的“沙沙”的聲音，并做小復度月牙形擺動向前送進。焊接時通過改變焊槍的角度讓熔池金屬保持在水平狀態下自由成形結晶，收弧后不能馬上移開焊槍，要延遲2-3秒讓氣體充分保護熔池并參與熔池金屬冶煉，減少擴散氫的存在。熔池金屬與坡口母材要充分熔合，以獲得打底層優質的焊縫質量。

（3）填充層的焊接

打底層焊完后要測量層間溫度是否在允許范圍之內，使用砂輪機打磨整條焊縫表層的脫氧焊渣及坡口內外兩側的飛濺物，焊接下一等份引弧起焊前要把焊絲前端的焊球剪去，讓焊接引弧容易，減少起弧的飛濺。在焊接過程中要注意焊絲伸出的長度10-15mm為宜，焊接時焊絲要做小月牙形左右擺動往前送進讓熔池金屬有一定時間與坡口兩邊熔合穿透。在焊接過程中要讓熔池的熔敷金屬在坡口兩側稍作停留（約1-2秒），并充分熔合焊透，同時要注意焊槍角度的變化要隨焊接位置的改變而變換。

（4）蓋面層的焊接

采用等份對稱分段退跳焊法進行蓋面焊接，蓋面層焊接時焊縫要低于母材表面1-1.5mm，焊縫過深，使用電流大，容易產生咬邊，焊腳應力集中。焊縫過淺，使用電流小，容易出現未熔合，未焊透，夾渣等缺陷。在焊接過程中送絲在熔池坡口兩邊緣稍作停留（約1-2秒），讓熔池熔敷金屬與母材充分熔合，避免焊縫表面出現未熔合、未焊透、夾渣、咬邊等缺陷，要求蓋面焊縫的熔敷金屬紋路平滑光潔，上下寬窄一致，余高均勻。

6、焊縫質量檢查及結果

按DL/T5017-2007《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規范》進行焊縫外觀檢查。用縫縫測量尺檢測焊縫余高、高低差，采用5-10倍的放大鏡檢查焊縫表面有無裂紋，咬邊、未熔合、氣孔、夾渣和焊瘤等焊接缺陷，焊縫焊接完成放置24-48小時后，分兩次進行100%UT初檢及復檢探傷檢測，焊縫評定為一類Ⅰ級，按規定進行50%的射線復查，焊縫均為Ⅰ級合格，焊縫質量優良，結果達到設計要求和DL/T5017-2007驗收標準。后委托第三方進行了UT超聲波復查，對鋼管焊縫進行100%UT超聲波探傷復檢，最后評定壓力鋼管焊縫為一類Ⅰ級。

7、結語

該焊接工藝針對Q460高強鋼焊接性差，焊接質量難以保證的難題，在焊接方法、焊接順序、焊接參數、焊接措施等方面進行了優化設計。根據該工藝進行焊接作業，經過檢驗，焊縫質量全部達標，從而驗證了該工藝的可行性。為以后同類鋼種的焊接提供了工藝以及經驗。

參考文獻：

[1]建筑鋼結構焊接技術---“鳥巢”焊接工程實踐.戴為志.劉景鳳著.2008.北京第一版.

[2]《特種設備焊工培訓教程》.江文琳.張兆杰.黃河出版社.

[3]《氣焊與切割》.王洪光.趙冰巖.洪偉編.2005年北京第一版.

[4]《金屬結構》2000年第4期.中國水利發電工程學會金屬結構專業委員會.