SX780CF高強鋼開孔補強措施及焊接工藝試驗

孫 文，宋慧濤，李建兵

(中國水利水電第七工程局有限公司機電安裝分局，四川 彭山，620860)

為了量測機組發電流量，需要在壓力鋼管下平段布置超聲波測流裝置，其數據采集線通過壓力鋼管上的接管引至地下廠房。下平段擬開孔位置鋼襯采用SX780CF高強鋼62mm鋼板，其強度高、厚度厚，國內水電工程行業尚無在類似鋼板上開孔焊接的先例。為了了解鋼板的開孔性能、掌握鋼板焊接工藝參數、考察現場焊接能力，需進行SX780CF高強鋼開孔焊接試驗，本文對相關試驗成果進行總結分析。

1 開孔補強措施

采用600MPa級(件2)07MnMoVR鍛件補強方式，如圖1所示。此方案開孔直徑為220mm，開孔處用壁厚為52mm，長度為175mm的600MPa級07MnMoVR鍛件套筒補強。

該開孔補強措施所需主要材料如下：

(1)SX780CF高強鋼δ62mm×3020mm×7000mm鋼板1塊；

(2)07MnMoVR鍛件筒形件4件，尺寸為：外徑φ220mm、內徑φ116mm、厚度175mm；

(3)07MnMoVR鍛件工藝評定板2塊，尺寸為δ62mm×300mm×600mm。

圖1 開孔補強措施示意

圖2 焊接工藝試驗過程及流程

2 試驗過程及步驟

2.1 材料檢驗

2.1.1 SX780CF鋼板化學成分

表1 SX780CF鋼板化學成分 單位：%

2.1.2 SX780CF鋼板力學性能

表2 SX780CF鋼板力學性能

2.1.3 07MnMoVR鍛件化學成分

表3 07MnMoVR鍛件化學成分 單位：%

表4 07MnMoVR鍛件化學成分實測結果值分析 單位：%

2.1.4 07MnMoVR成品筒形鍛件力學性能

表5 07MnMoVR成品筒形鍛件力學性能

2.1.5 焊材化學成分

表6 焊材熔敷金屬化學成分 單位：%

2.1.6 焊材力學性能

表7 焊材力學性能

2.2 焊接工藝評定

2.2.1 焊接工藝參數

按照以下焊接工藝參數進行了07MnMoVR鍛件與SX780CF高強鋼板焊接工藝評定。

(1)預熱溫度：80℃至150℃；

(2)層間溫度：100℃至180℃為宜；

(3)后熱溫度：150℃至200℃，保溫時間不少于1h；

(4)焊接線能量：20kJ/cm～35kJ/cm。

表8 焊接工藝參數

圖3 焊接工藝評定試板對裝

圖4 焊接工藝評定試板坡口示意

圖5 焊接工藝評定熔敷順序

2.2.2 焊接工藝評定結果

07MnMoVR鍛件與SX780CF高強鋼板根據上述2.2.1條款的參數要求，焊接完成后將試板送至云南省黑色冶金產品質量監督檢驗站進行力學性能檢測，實測結果值與QJ/CTG24-2015規范07MnMoVR鋼板標準值、NB/T 47009-2010規范08MnNiMoVD鍛件標準值對比分析見表9、表10。

表9 07MnMoVR鍛件與SX780CF鋼板焊縫機械性能實測結果值對比

表10 07MnMoVR鍛件與SX780CF鋼板焊縫V型沖擊試驗實測結果值對比

2.3 試驗材料制備

2.3.1 瓦片制備

瓦片(件1)制備采用數控切割，規格尺寸：4000mm×1000mm×62mm，用數控切割下料后，再用卷板機進行卷制成型，瓦片卷制成型直徑8600mm。

2.3.2 開孔

開孔采用火焰切割，四周坡口用碳弧氣刨加工。開孔是在瓦片卷制后進行，瓦片(件1)卷制成型后，采用火焰切割φ220mm孔，然后再用碳弧氣刨刨坡口，大坡口在內弧側，小坡口在外弧側。用碳弧氣刨刨坡口后，再用角磨機打磨成型。

為了便于07MnMoVR鍛件(件2)與瓦片(件1)對裝焊接，火焰切割φ220mm孔時允許正偏差2mm，實際切割打磨成型后的孔口尺寸為φ222mm。

圖6 開孔坡口

2.3.3 加強板制作

加強板(件3)為外徑φ440mm，內徑φ220mm的圓環，采用數控火焰切割方式下料，為了便于加強板(件3)與筒形07MnMoVR鍛件(件2)的組裝，加強板(件3)內徑220mm孔實際切割成型后為φ222mm，如圖8所示。

圖7 加強板(件3)

圖8 加強板(件3)坡口

2.4 組裝焊接

(1)先將弧形試驗板SX780CF高強鋼鋼板(件1)與筒形07MnMoVR鍛件(件2)對裝焊接。對裝前采用加熱片對弧形試驗板進行預熱，預熱溫度100℃～150℃。筒形07MnMoVR鍛件與弧形試驗板SX780CF高強鋼鋼板對裝定位焊在小坡口側。

(2)焊接時先焊接大坡口一側(正縫)，大坡口焊厚達到20mm左右，然后用碳弧氣刨對小坡口一側(背縫)進行清根，再焊接背縫，焊接過程中檢測弧度變化情況，隨時調整焊接順序。

(3)筒形07MnMoVR鍛件與弧形試驗板SX780CF高強鋼鋼板焊接完成后，將焊縫余高打磨平整，48h以后進行UT檢測。UT檢測合格后，再進行SX780CF高強鋼級鋼板(件3)與弧形試驗板SX780CF高強鋼(件1)以及筒形07MnMoVR鍛件(件2)的組裝焊接。最后進行電纜管Q345C(件4)與筒形07MnMoVR鍛件(件2)的組裝焊接。

2.5 水壓試驗

無損檢測合格后，在弧形試驗板SX780CF高強鋼鋼板(件1)內弧側焊接500mm×500mm×100mm的方型悶頭進行水壓試驗，試驗壓力為工作壓力的1.25倍，工作壓力4MPa。

(1)利用軟管通過閥門進行注水，注水的同時開啟悶頭上部的排氣閥進行排氣；

(2)緩慢升壓，壓力升至4MPa時，停止升壓，并保壓10min；檢查無異常情況，然后將壓力升至5MPa，保持24h。試驗過程沒有異常現象為合格。

3 試驗結果

焊接參數為：

(1)07MnMoVR鍛件與SX780CF高強鋼板焊接，焊縫質量能夠滿足SX780CF高強鋼開孔試驗的要求。其中預熱溫度：80℃至150℃；層間溫度：100℃至180℃為宜；后熱溫度：150℃至200℃，保溫時間不少于1h；焊接線能量：20kJ/cm～35kJ/cm。

(2)某鋼廠07MnMoVR鋼胚制作鍛件與低溫承壓設備用低合金鋼鍛件08MnNiMoVD機械性能、化學成分基本一致，能夠滿足SX780CF高強鋼高強鋼開孔補強材料的要求。

(3)SX780CF高強鋼鋼板卷制成型后，再用數控火焰切割開孔、碳弧氣刨刨坡口、角磨機打磨坡口成型的開孔方式是可行的。

(4)SX780CF高強鋼鋼板火焰切割，切割部位用砂輪機打磨(0.5mm以上)后，通過PT、UT、硬度檢測滿足相關規范要求，無異常情況。

(5)某公司07MnMoVR鍛件制造工藝是可以滿足開孔試驗要求的。其中焊接工藝試板δ62mm×300mm×600mm的力學性能較好，焊縫熱影響區-20℃沖擊吸收能量226J、221J、214J。筒形鍛件-20℃沖擊吸收能量分別是93.5J、63J、109J。

(6)07MnMoVR筒形鍛件訂貨時應要求廠家在本體上進行取樣檢測機械性能，取樣檢測按照《低溫承壓設備用低合金鋼鍛件》(NB/T 47009-2010)規范執行。廠家在本體取樣合格后方可發貨，同時要在成品上加長留樣，能夠滿足復測取樣的要求，到現場再次進行取樣，送第三方檢測機構檢測。因此，廠家在制作時要考慮留有取樣的余量。