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水電站排砂鋼管復(fù)合鋼管的焊接(2)

2.2 復(fù)合鋼板的下料對焊接質(zhì)量的影響

復(fù)合鋼板的下料采用等離子切割機(jī)進(jìn)行,為了減少復(fù)層材料在下料時變質(zhì)部分并保證過渡層部位切割平整,無錯臺產(chǎn)生,經(jīng)對比實驗,得出如下結(jié)論:鋼板復(fù)層面朝上時進(jìn)行切割效果最佳。為保證焊縫的焊接質(zhì)量,必須用砂輪機(jī)磨除坡口部位的滲碳層,防止焊接時出現(xiàn)未熔等焊接缺陷。

2.3 復(fù)合鋼板基層及復(fù)層的焊接均為同種鋼的焊接,過渡層的焊接實質(zhì)上是異種鋼的焊接

由于不銹鋼層較基層具有低的熱導(dǎo)率(僅為基層的1/2),高的電阻(為基層的4)和較大的線膨脹系數(shù)(為基層的1.3),因而過渡層焊接會引起較大的焊接變形及應(yīng)力,導(dǎo)致焊接裂紋的產(chǎn)生。為保證焊縫成分的合理性,獲得滿意的焊接接頭,必須做到:①正確選擇超合金化的焊材。倘若焊接材料選擇不合適,不銹鋼焊縫就可能嚴(yán)重稀釋,形成馬氏體淬硬組織,或由于鉻、鎳侵入碳鋼基層而嚴(yán)重脆化,成為產(chǎn)生裂紋的原因,因此在焊接不銹復(fù)合鋼的過渡層時,要使用含鉻,鎳量多的焊接材料,使之即使受到碳鋼基層的稀釋,也不會產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。②嚴(yán)格控制冷卻速度,適當(dāng)?shù)目刂迫酆媳。冷卻速度要保持在一個適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),使熔化金屬有足夠的時間生成足夠的奧氏體。冷卻速度由焊接輸入量、預(yù)熱溫度、道間溫度和母材厚度決定,特別在焊接大型工件時,母材熱影響區(qū)的冷卻速度低,會延長引發(fā)脆性的溫度區(qū)間的停留時間,焊縫和近縫區(qū)的母材在高溫區(qū)的停留時間也隨之延長,不利于焊接熔池的控制,所以要使用小的焊接熱輸入量、道間溫度。因雙相不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小,熱量不易散失,很容易形成所需尺寸的熔池,小的焊接熱輸入量可以避免焊接接頭產(chǎn)生過熱現(xiàn)象,使基層一側(cè)的熔深較淺,減少焊縫金屬的稀釋和縮小基層合金化,同時也可防止熱影響區(qū)晶粒粗大與單相鐵素體化。焊接過程中,由于不銹鋼鋼芯電阻大(約為碳鋼的45),易造成藥皮發(fā)紅開裂,影響焊接工藝的穩(wěn)定和焊接質(zhì)量,因此應(yīng)盡量選擇小的焊接電流。

3 排砂鋼管復(fù)合鋼板的性能

排砂鋼管復(fù)合鋼板的基層為Q345C,復(fù)層是00Crl8Ni5Mo3Si2,在鋼板制造廠采用爆炸軋制復(fù)合成型,00Crl8Ni5Mo3Si2是一種鐵素體奧氏體雙相不銹鋼,它是在超低碳鐵素體基不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的具有特殊抗點蝕、抗應(yīng)力腐蝕的雙相不銹鋼,在常溫下為雙相組織,鐵素體占60%,奧氏體占40%。鋼板的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表l與表2,復(fù)合板的冷彎性能應(yīng)符合GB8165-87的有關(guān)規(guī)定。

1 鋼板的化學(xué)成分


 

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

Mo


00Crl8Ni5MoSi2 ( 復(fù)層)

<0.035

1.3-2.0

1.0-2.0

<0.035

<0.03

18-19.5

4.5-5.5

2.5-3.0

 

C

Si

Mn

P

S

V

Nb

Ti

Q345C基層)

≤0.20

0.55

1.0-1.6

<0.035

<0.035

0.02-0.15

0.015-0.060

0.02-0.20


2 復(fù)合板的力學(xué)性能


抗拉強(qiáng)度σb
(Mpa)

屈服強(qiáng)度σs
(Mpa)

抗剪強(qiáng)度στ
(Mpa)

粘結(jié)強(qiáng)度
(Mpa)

伸長率δ5
%

V型缺口沖擊功Akv
(J)


490-640

>325

210

280

21

27


4 焊接工藝評定

4.1 焊接方法的選擇

復(fù)合鋼板常用的焊接方法有焊條電弧焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊、熔化極惰性氣體保護(hù)焊等,根據(jù)三峽電站排砂管的結(jié)構(gòu)型式,并結(jié)合施工單位的焊接設(shè)備及焊工技能狀況,從施工進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)方面考慮,決定采用焊條電弧焊,焊條電弧焊可以滿足異種鋼熔合比小,稀釋率低的焊接要求。

4.2 焊接材料

復(fù)合鋼板基層Q345C的焊接選用J507牌號焊條,直徑為3.2mm。過渡層的焊接材料選擇難度大,通過比較焊條的化學(xué)成分,并運用不銹鋼組織圖(舍菲勒圖)進(jìn)行分析,最終選定奧氏體不銹鋼焊條A312作為過渡層的焊接,A312牌號焊條是鈦鈣藥皮的不銹鋼焊條,由于焊縫金屬中含有鉬,故比A302有更好的耐蝕、抗裂及氧化性能,焊接工藝性能良好,熔敷金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3、表4。因碳對不銹鋼的耐蝕性能影響很大,為保證排砂鋼管內(nèi)縫耐蝕性不低于復(fù)層,復(fù)層00Crl8Ni5Mo3Si2的焊材熔敷金屬的含碳量應(yīng)低于母材,經(jīng)對比分析,選定A042焊條作為復(fù)層的焊接,熔敷金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3、表4

3 熔敷金屬化學(xué)成分 。%


 

C

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

Cu

S

P


A312

≤0.12

0.52.5

≤0.90

2225

1214

2.03.0

≤0.75

≤0.030

≤0.040

A042

≤0.04

0.52.5

≤0.90

2225

1214

2.03.0

≤0.75

≤0.030

≤0.040


4 熔敷金屬力學(xué)性能


 

抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)

伸長率δ(%


A312

550

25

A042

540

25


4.3 坡口型式的確定

根據(jù)排砂管的受力要求,結(jié)合現(xiàn)場的具體施工條件,我單位在保證焊縫質(zhì)量的前提下,應(yīng)盡量減少焊縫金屬的填充量,尤其是復(fù)層側(cè)焊縫的填充量,并結(jié)合過渡層的焊接特點,選用如圖l所示的非對稱X型坡口型式。

4.4 焊接設(shè)備

焊接設(shè)備選用ZX7 400H逆變式弧焊電源,焊接時采用直流反接。

4.5 焊接工藝評定

雙相不銹鋼復(fù)合板為我單位首次焊接,依據(jù)DL 5017 93《壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范》、GB/T13148-9《不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)條件》及JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》等標(biāo)準(zhǔn)的要求,并結(jié)合現(xiàn)場施工的實際情況,工藝評定項目見表5。

5 焊接工藝評定項目一覽表


項目序號

母材

厚度mm

接頭型式

焊接材料

焊接位置


1
2
3
4

Q345C

00Cr18Ni5
Mo3Si2

204
20
4
20
4
20
4

非對稱X
非對稱X
非對稱X
非對稱X

J507(基層)
A312
(過渡層)
A042(
復(fù)層)

平焊
立焊
橫焊
焊仰


工藝評定試驗包括接頭的拉伸試驗、彎曲試驗、硬度試驗及沖擊韌性試驗和復(fù)材焊縫金相試驗,均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

4.6焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)見表6

6 焊接工藝參數(shù)


焊接位置

焊材及規(guī)格(mm)

焊接電流(A)

電弧電壓(V)

焊接速度(mm/s)

焊接熱輸入量(KJ/cm)


平焊

J507/φ3.2

125135

2325

1.82.2

<30

A312/φ3.2

95110

2224

2.53.0

<18

A042/φ3.2

90110

2224

3.03.5

<18

立焊

J507/φ3.2

110125

2325

1.52.0

<30

A312/φ3.2

95110

2224

1.52.0

<18

A042/φ3.2

90105

2224

2.02.5

<18

橫焊

J507/φ3.2

120135

2325

1.52.5

<30

A312/φ3.2

90110

2224

1.53.0

<18

A042/φ3.2

90110

2224

1.53.0

<18

仰焊

J507/φ3.2

110125

2325

1.52.2

<30

A312/φ3.2

95110

2224

2.03.0

<18

A042/φ3.2

90105

2224

2.03.0

<18



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