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(duì)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?gòu)?fù)層材料在下料時(shí)變質(zhì)部分并保證過渡層部位切割平整，無(wú)錯(cuò)臺(tái)產(chǎn)生，經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)論：鋼板復(fù)層面朝上時(shí)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(shí)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(shí)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倍)和較大的線膨脹系數(shù)(為基層的1.3倍)，因而過渡層焊接會(huì)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(shí)，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(huì)產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。②嚴(yán)格控制冷卻速度，適當(dāng)?shù)目刂迫酆媳取＠鋮s速度要保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，使熔化金屬有足夠的時(shí)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(shí)，母材熱影響區(qū)的冷卻速度低，會(huì)延長(zhǎng)引發(fā)脆性的溫度區(qū)間的停留時(shí)間，焊縫和近縫區(qū)的母材在高溫區(qū)的停留時(shí)間也隨之延長(zhǎng)，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(shí)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4～5倍)，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(diǎn)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。

表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

表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(zhǎng)率δ5 （%）	V型缺口沖擊功Akv (J)

490-640	>325	≥210	≥280	≥21	≥27

4 焊接工藝評(píng)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(hào)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(yùn)用不銹鋼組織圖(舍菲勒?qǐng)D)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(hào)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(duì)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(duì)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。

表3 熔敷金屬化學(xué)成分　�。�%）

	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	Cu	S	P

A312	≤0.12	0.5～2.5	≤0.90	22～25	12～14	2.0～3.0	≤0.75	≤0.030	≤0.040
A042	≤0.04	0.5～2.5	≤0.90	22～25	12～14	2.0～3.0	≤0.75	≤0.030	≤0.040

表4 熔敷金屬力學(xué)性能

	抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)	伸長(zhǎng)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(chǎng)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(diǎn)，選用如圖l所示的非對(duì)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(shí)采用直流反接。

4.5 焊接工藝評(píng)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(yàn)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(píng)定》等標(biāo)準(zhǔn)的要求，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，工藝評(píng)定項(xiàng)目見表5。

表5 焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目一覽表

項(xiàng)目序號(hào)	母材	厚度mm	接頭型式	焊接材料	焊接位置

1 2 3 4	Q345C ＋ 00Cr18Ni5 Mo3Si2	20＋4 20＋4 20＋4 20＋4	非對(duì)稱X型非對(duì)稱X型非對(duì)稱X型非對(duì)稱X型	J507（基層） A312（過渡層） A042(復(fù)層)	平焊立焊橫焊焊仰

工藝評(píng)定試驗(yàn)包括接頭的拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)及沖擊韌性試驗(yàn)和復(fù)材焊縫金相試驗(yàn)，均滿足設(shè)計(jì)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。

表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	125～135	23～25	1.8～2.2	<30
	A312/φ3.2	95～110	22～24	2.5～3.0	<18
	A042/φ3.2	90～110	22～24	3.0～3.5	<18
立焊	J507/φ3.2	110～125	23～25	1.5～2.0	<30
	A312/φ3.2	95～110	22～24	1.5～2.0	<18
	A042/φ3.2	90～105	22～24	2.0～2.5	<18
橫焊	J507/φ3.2	120～135	23～25	1.5～2.5	<30
	A312/φ3.2	90～110	22～24	1.5～3.0	<18
	A042/φ3.2	90～110	22～24	1.5～3.0	<18
仰焊	J507/φ3.2	110～125	23～25	1.5～2.2	<30
	A312/φ3.2	95～110	22～24	2.0～3.0	<18
	A042/φ3.2	90～105	22～24	2.0～3.0	<18