WDB620高强钢板焊接在高桥电站压力钢管中的应用.doc

WDB620 高强钢板焊接在高桥电站压力钢管中的应用张世平( 中国水利水电第十工程局 安装分局 ,四川 都江堰 6118530)摘 要 : 通过 WDB620 钢材运用于高桥电站压力钢管的实例 ,作者从施工角度阐述该种钢材焊接性能及质量控制 ,供同行参考 。关键词 : 压力钢管 ; WDB620 钢 ;焊接性能 ;焊接工艺 ;质量控制中图分类号 : TU39214 ; TU758116文章编号 : 1006 - 3951 (2004) 03 - 0062 - 05文献标识码 : B高桥水电站位于云南省的洒鱼河上 ,主要由拦河大坝 、压力引水系统和发电厂房三部分组成 。电 站压力钢管从调压井到厂房高差 551 . 08 m ,压力管 道采用一管三机联合供水方式 ,管线全长约 1 306 . 2 m (含支管) ,由一根主管 、三根支管 、两个内加强月牙肋岔管及其他附属结构组成 。主管采用变径设 计 ,管内径从调压井至厂房有 2 400 mm 、2 200 mm 、1900 mm 三级变径 ,经岔管分岔后支管直径变为 1 000 mm 。管 道 材 质 为 WDB620 及 Q345C 两 种 。其 中 WDB620 为舞阳钢厂新开发产品 , 首次运用于水电站压力钢管 。对于该钢种钢管的制作安装 ,业主 、监理 、设计 、施工方及钢厂给予了高度重视 ,针对性的研制一整套措施 ,特别是焊接工艺尤为重要 。本文 主要就 WDB620 材质钢管的焊接性能及施工质量的 过程控制加以阐述 。1 钢板母材性能介绍WDB620 钢板为舞阳钢铁公司研制开发的第三 代非调质钢种 ,C 小于等于 0 . 10 % ,控扎 + 微合金化 工艺生产 , 组织状态为低碳贝氏体 , 交货状态为回 火 , - 20 AKV 大于等于 40J ,强韧性匹配合理 。其 化学成分 ,力学性能见表 1 ,表 2 。表 1标准化学成分CSiMnPSCuNiCrMoVNbB0 . 07 0 . 150 . 40 1. 001 . 60 0 . 0150 . 0100 . 300 . 500 . 300 . 300 . 080 . 080 . 003注 : H 含量 0 . 00 015 % 。表 2 标准力学性能表焊缝以手工电弧焊为主 , 制作焊缝以埋弧自动焊为主 。212焊接材料选型手工焊焊接 : 焊条牌号 CHE62CFL H , 烘烤 温 度380 保 温 1 h 。埋 弧 自 动 焊 : 焊 丝 牌 号 : CHW - S7( H08Mn2 MoA) ,焊剂牌号 :CHF113 ,焊剂烘干温度 300350 保温 2 h 。213焊接设备手工焊焊接设备为 ZX7 - 400 型逆变直流焊机 , 埋弧自动焊设备为 ZD5 - 1250 型弧焊机 。( 焊接设 备上的电流表 、电压表 、规范参数调节装置定期鉴 定 ,保证其正常工作 。)214焊接工艺参数依据压力钢管制造安装及验收规范DL5017 -sb延伸率冷弯 , AKV ,备注 MPa MPa ( %) 180 纵向 J 490 620730 16 mm ,5 号 , 19 d = 3a 16 mm ,5 号 , 2720 mm ,5 号 , 19- 20 ,47由钢材的化学成分组成我们可以分析到 , 该种钢材的 焊 接 碳 当 量 和 焊 接 裂 纹 敏 感 型 较 低 ( Cep0 . 42 % ,Pcm 0 . 20 %) ,属低焊接冷裂纹高强钢 。2焊接技术211焊接方法从本工程的实际情况出发 , 应用于本工程的焊 接手段主要有 :手工电弧焊 , 埋弧自动焊两种 。安装93 规定 ,在钢管加工场进行了= 32 mm 钢板焊接工艺评定工作 ,编制确定了如下工艺参数 。2 . 4 . 1坡口加工准备坡口加工采用数控切割 、半自动切割机火焰切 割成型 。施焊前坡口面及坡口两侧 ( 手工焊 1020 mm/ 埋弧自动焊 20 mm) 范围内的毛刺 、铁锈 、氧化 皮 、挂渣等用角向磨光机打磨清除 。214 . 2工艺参数(1) 手工电弧焊 ( 平 、立 、横 、仰) : 坡口型式为 不对称 X 型 ,尺寸详见图 1 ; 焊接材料及要求 :焊条牌号 CHE62CFL H ,烘烤温度 380 保温 1 h ; 层间温度小于 100 ; 操作技术 :微摆动多层多道焊 ; 清 根方式 : 碳弧气刨清根 ; 焊接电流特性 : 各部位电特性见表 36 ,输入线能量控制小于等于 35 kJcm 。图 1 不对称 X 型坡口型式图表 3手工电弧平焊各焊层电流电压参数表焊条规格电流范围焊接位置电压范围V焊接速度范围(cmmin)焊层道号其他备注牌号直径 mm极性电流 A一层二层二道 三层二道四层三道 一层 二层二道 三层三道平焊平焊 平焊平焊 平焊 平焊 平焊反反 反反 反 反 反2223222322232223222322232223正面正面 正面正面 背面 背面 背面CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CPLH CHE62CFLH CHE62CPLH CHE62CFLHCHE62CFLH444444416016016916516516516510101213131510101012表 4手工电弧立焊各焊层电流电压参数表焊条规格电流范围焊接位置电压范围V焊接速度范围(cmmin)焊层道号其他备注牌号直径 mm极性电流 A一层二层 三层 四层 五层 一层 二层 三层四层立焊立焊 立焊 立焊 立焊 立焊 立焊 立焊立焊CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CPLH CHE62CFLHCHE62CFLH444444444反反 反 反 反 反 反 反反13013513513513513513813813521. 52321. 52321. 52321. 52321. 52321. 52321. 52321. 52321. 5234 . 54 . 54 . 54 . 54 . 54 . 54 . 555656正面正面 正面 正面 正面 背面 背面 背面背面表 5手工电弧横焊各焊层电流电压参数表焊条规格电流范围焊接位置电压范围V焊接速度范围(cmmin)焊层道号其他备注牌号直径 mm极性电流 A一层二层二道 三层二道四层三道五层五道 一层 二层二道 三层三道 四层四道横焊横焊 横焊横焊横焊 横焊 横焊 横焊 横焊CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CPLH CHE62CFLH CHE62CFLHCHE62CFLH444444444反反 反反反 反 反 反 反160160160160155160160160153232423242324232423242223 . 52223 . 52223 . 52223 . 510898716788 . 5781618正面正面 正面正面正面 背面 背面 背面 背面表 6手工电弧仰焊各焊层电流电压参数表焊条规格电流范围焊接位置电压范围V焊接速度范围(cmmin)焊层道号其他备注牌号直径 mm极性电流 A一层二层二道 三层三道 四层一道 一层 二层一道 三层二道四层一道仰焊仰焊 仰焊 仰焊 仰焊 仰焊 仰焊仰焊反反 反 反 反 反 反反22232223222322232223222322232223正面正面 正面 正面 背面 背面 背面背面CHE62CFLH41387 . 577 . 5CHE62CFLH4140CHE62CFLH CHE62CFLH CHE62CFLHCHE62CFLH44441421301381387 . 57 . 57 . 57 . 5CHE62CFLH41387 . 5CHE62CFLH41307(2) 埋弧焊自动焊 : 坡口型式为不对称 X 型 ,尺寸详见图 2 ; 焊接材料及要求 : 焊丝牌号 : CHW- S7 ( H08Mn2 MoA) ,焊剂牌号 : CHF113 ,焊剂烘干温度 300 350 , 保 温 2 小 时 ; 层 间 温 度 : 小 于100 ; 操作技术 : 不摆动多层多道焊 ; 清根方 式 :碳弧气刨清根 ; 焊接电流特性 : 参见表 7 、8 ,输入线能量控制小于 35 kJ / cm 。图 2不对称 X 坡口型式图表 7不对称 X 型坡口正面焊接电流特性表焊条规格电流范围焊接位置电压范围V焊接速度范围(cmmin)焊层道号其他备注牌号直径 mm极性电流 A一层二层 三层 四层五层平焊平焊 平焊 平焊平焊CHW - S7 ( H08Mn2MoA) CHW - S7 ( H08Mn2MoA) CHW - S7 ( H08Mn2MoA) CHW - S7 ( H08Mn2MoA)CHW - S7 ( H08Mn2MoA)反反 反 反反31 . 5323233323332333435404140 . 541424342433738正面正面 正面 正面正面44444530550570570600注 : WDB620 钢板焊接一般情况下不需预热 ,特殊情况下预热措施按技术部门的要求进行 。表 8不对称坡口背面焊接电流特性表焊条规格电流范围焊接位置电压范围V焊接速度范围(cmmin)焊层道号其他备注牌号直径 mm极性电流 A一层二层 三层 四层平焊平焊 平焊 平焊CHW - S7 ( H08Mn2MoA) CHW - S7 ( H08Mn2MoA) CHW - S7 ( H08Mn2MoA)CHW - S7 ( H08Mn2MoA)反反 反 反325333233323334353939153939153940341535背面背面 背面 背面4560444560600600注 : WDB620 钢板焊接一般情况下不需预热 ,特殊情况下预热措施按技术部门的要求进行 。21413 焊接接头力学性能按焊接接头机械性能试验取样方法GB2649- 89、焊接接头拉伸实验方法GB2651 - 89 、焊接 接头弯曲及压扁试验方法GB/ T2653 - 89 、焊接接 头冲击试验方法GB2650 - 89 等标准规定 , 我们对 焊接接头进行了拉伸 、弯曲 、冲击及硬度试验 。实验结果表明 : 接头拉伸断于远离焊缝的母材 , 弯曲合格 ,冲击功有一定富余量 ,硬度满足要求 。具体指标 见表 9 、10 。3生产性焊接质量控制措施生产性焊接除严格按焊接工艺评定技术参数 执行外 ,对实际焊接操作除正常情况下必须遵守的规定外 ,针对 WDB620 钢板焊接特制定如下质量保证措施 。(1) 杜绝在如下任一环境情况下焊接 (采取了有 效的保护措施者除外) : 风速超过 8 ms ; 相对湿 度大于 90 % ; 环境温度低于 - 5 ; 在雨天或雪 天 ,无遮盖时 。(2) 一般不允许在焊缝内定外焊 , 必须定位焊 时 ,应将其焊在背缝侧坡口内 ,背缝焊接时清除定位焊道 。定位焊焊缝长 5080 mm ,间距为 300 mm 。(3) 施焊前检查坡口组对质量 ,对可能存在的对 接尺寸超差或坡口加工缺陷 , 应处理后方可施焊 。 为了尽可能的减少焊接变形力和收缩力 ,焊前 ,仔细 考虑确定定位焊的焊点和焊接程序 ,原则上选择从 具有大周边约束处向具有小周边约束处焊接 。(4) 所有焊工必须严格按经试验合格的工艺评 定报告要求施焊 。表 9 焊接接头力学性能统计表试验科目试件尺寸mm抗拉强度sMPa冲击功J弯曲角度()试样编号备注Fa Fb Va Vb Oa Ob Ha HbZ - FaZ - FbFa ( 中心) Fb ( 熔合线)Fc ( 距熔合线 2 mm)Va ( 中心) Vb ( 熔合线)Vc ( 距熔合线 2 mm)Oa ( 中心) Ob ( 熔合线)Oc ( 距熔合线 2 mm)Ha ( 中心) Hb ( 熔合线)Hc ( 距熔合线 2 mm)Z - Fa ( 中心)Z - Fb ( 熔合线)Z - Fc ( 距熔合线 2 mm) FaFb Va Vb Oa Ob Ha HbZ - Fa17 . 6 21 . 917 . 3 21 . 917 . 0 22 . 117 . 5 21 . 917 . 3 21 . 617 . 5 21 . 917 . 3 22 . 217 . 3 22 . 019 . 4 21 . 521 . 0 21 . 310 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5510 10 5532 2032 2032 2032 2032 2032 2032 2032 2032 20677. 92686. 02677. 25691. 91663. 19663. 05682. 29682. 41643 . 0671 . 0母材断裂母材断裂 母材断裂母材断裂 母材断裂 母材断裂母树断裂 母材断裂 母材断裂母材断裂V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,20 V 形缺口 ,12 V 形缺口 ,12 V 形缺口 ,12 无裂纹 ,合格无裂纹 ,合格 无裂纹 ,合格无裂纹 ,合格 无裂纹 ,合格 无裂纹 ,合格无裂纹 ,合格 无裂纹 ,合格 无裂纹 ,合格无裂纹 ,合格拉伸试验158. 1221. 2279. 5113. 2182. 3252. 0139. 3274. 7247. 6130. 6240. 0249. 5206. 2257. 0260. 3 弯曲直径 50 mm 弯曲直径 50 mm 弯曲直径 50 mm 弯曲直径 50 mm 弯曲直径 50 mm 弯曲直径 50 mm 弯曲直径 50 mm 弯曲直径 50 mm 弯曲直径 50 mm冲击试验侧弯 180侧弯 180 侧弯 180侧弯 180 侧弯 180 侧弯 180侧弯 180 侧弯 180 侧弯 180弯曲试验 Z - Fb 32 20 弯曲直径 50 mm 侧弯 180(5) 施焊过程中设专职监测人员控制层间温度和焊接线能量的输入 ,对实际焊接规范作出记录 。(6) 埋弧自动焊除环缝 (封闭缝) 外 ,设等厚度的 引弧息弧板 。手工焊焊道内引弧 。(7) 双面焊一侧焊接完成后 , 采用碳弧气刨清根 。埋弧焊应清到第一道焊缝完全露出为止 ; 手工焊第一道缝应全部除去 。(8) 碳弧气刨用压缩空气采用无油空压机 ,以控 制压缩空气中水分 、油分 。(9) 多层多道焊时 ,应将每道焊缝的熔渣 、飞溅物清理干净 ,自检合格后方可进行下层作业 。多层焊接应注意层间温度的控制 ,各层间相互错开 ,每道 焊缝一次完成不能中断 。(10) 焊缝的表面尽可能平滑 ,咬边 、焊瘤 、焊趾过渡角过大部位应用细砂轮机仔细打磨光滑平整 。(11) 特殊原因中途停焊 ,重焊前 ,焊缝表面清理 干净并确保无裂纹 ,然后按既定的焊接工艺继续施焊 。(12) 焊缝修补处理 ,焊缝内部超标缺陷 、表面裂纹修补前 ,进行原因分析 ,制定切实可行的缺陷的修 补方案 。缝缺陷可用碳弧气刨或砂轮磨削方法清除 ,不允许用电弧或气割清除 。修补工作由经验丰富的合格焊工进行 。同一部位的缺陷修补超过两次 以上 ,由技术部门研究制定修补方案 ,严格按修补方 案进行 。表 10 焊缝及母材硬度测值统计表硬度值 ( HR)试件编号上侧下侧中心备注母材焊缝母材焊缝母材焊缝Fa Fb Va Vb Oa Ob Ha HbZ - Fa9189. 258890. 2586 . 492 . 485. 5591 . 595. 6395. 892. 19493. 596. 59188. 588. 596 . 7596 . 294. 659695 . 895 . 59596931294. 7598969596. 8969494. 69498 . 2591 . 291. 7593 . 389 . 792 . 892 . 595 . 594 . 596. 2594. 495. 592. 59694. 39295941589合格 ,母材硬度为焊缝两侧均值合格 ,母材硬度为焊缝两侧均值合格 ,母材硬度为焊缝两侧均值合格 ,母材硬度为焊缝两