WDB620低合金高強(qiáng)鋼的實(shí)際施工焊接工法

劉茂臻

（葛洲壩新疆工程局（有限公司），新疆 烏魯木齊830001）

1 前言

WDB620鋼是一種具有低熱裂紋和冷裂紋敏感性高強(qiáng)鋼，材料屈服強(qiáng)度大于等于 620 MPa。由于 WDB620鋼種是一種Mn含量較高，含C、S、P量較低的Cr－Mo－V系合金鋼，與普通鋼種相比，可焊性較低，焊接接頭易出現(xiàn)脆性斷裂，在實(shí)際施工中對焊接人員、焊接方法和工藝、檢測人員都有嚴(yán)格的要求。

在某水利樞紐電站壓力鋼管工程中，采用一管四機(jī)的布置型式，將一根主管分為四根支管接入主廠房內(nèi)。1#—3#岔管型式采用“卜”形月牙肋岔管。主管內(nèi)徑10.0 m，1#、2#支管內(nèi)徑3.2 m，3#、4#支管內(nèi)徑5.2 m。鋼管材料為WDB620鋼，在實(shí)際焊接中，氣孔、夾渣、未熔等可以通過改進(jìn)操作方式而避免，焊接裂紋則需要通過正確地選擇材料和工藝措施才能避免，所以本次工程中，在施焊前根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境制定了切實(shí)可行的焊接工藝和預(yù)防措施來確保本次工程的質(zhì)量。現(xiàn)將本工程中WDB620鋼岔管的焊接工藝做一簡介。

2 工法特點(diǎn)

本次施工的壓力鋼管制作安裝因管徑較大只能到施工現(xiàn)場進(jìn)行，在壓力鋼管制作安裝過程中焊接是一道特殊的工序，由于施工條件的局限性，焊接一直是施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，而WDB620這種低合金高強(qiáng)鋼的焊接施工條件比普通鋼材焊接要高得多，在此方面就有許多提高焊接質(zhì)量和焊接效率值得探索。在本次壓力鋼管岔管制造安裝工程焊接施工中，借鑒了在其他同類壓力鋼管的施工中的一系列的焊接方法和工藝，才制定出了本次施工的焊接工藝。

3 工法適用范圍

本工法適用WDB620鋼材及其他600 MPa級CF鋼的對接平焊、立焊及橫焊的各種焊接施工。

4 工法工藝原理

4.1 WDB620鋼的焊接特點(diǎn)及產(chǎn)生裂紋的原因

裂紋產(chǎn)生的原因一般有兩個：①結(jié)頭存在缺陷和裂紋；②脆性轉(zhuǎn)變溫度及應(yīng)力集中。焊接結(jié)頭中存在一定的缺陷和裂紋，是脆性斷裂的起裂點(diǎn)，也是發(fā)生脆性斷裂的根本原因。通常焊接裂紋分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕斷裂紋四類。熱裂紋易發(fā)現(xiàn)、易控制；氫致冷裂紋有延遲特性，不易發(fā)現(xiàn)，是防空重點(diǎn)；再熱裂紋，只有在焊接后再次加熱時(shí)才可能發(fā)生；層狀撕裂多發(fā)生在厚板母材上，不易檢查、修復(fù)。

4.2 工藝原理

根據(jù)WDB620鋼材焊接特點(diǎn)確定焊接工藝基本原理為母材焊前預(yù)熱、焊中層間消除應(yīng)力、焊后保溫。焊材烘烤、層間打磨、背縫清根來達(dá)到質(zhì)量要求滿足規(guī)范，減少焊接內(nèi)部缺陷和表面裂紋的發(fā)生。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

根據(jù)裂紋形成的因素，需要從人員、施工環(huán)境、焊料選擇以及焊接工藝等方面進(jìn)行控制。

5.1 人員及環(huán)境要求

（1）從事焊接的工人必須取得水利水電工程壓力鋼管制造、安裝的焊工合格證書，并與所焊鋼種與焊縫焊接位置均應(yīng)相符，并在有效期內(nèi)。

（2）無損檢測人員應(yīng)持有無損檢測人員資格證書，焊縫由Ⅱ級或Ⅱ級以上的無損探傷人員擔(dān)任焊縫質(zhì)量評定。

（3）環(huán)境溫度低于－5 ℃或雨、雪天的露天情況，相對濕度大于90%，風(fēng)速大于8 m/s，無防護(hù)措施時(shí)不得焊接。

5.2 焊接工藝評定

針對WDB620鋼板的特性，在制作前，應(yīng)按照《壓力鋼管制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)程》（DL5017－2004）規(guī)范要求，依據(jù)鋼管制安施工過程中發(fā)生的焊接方法和位置進(jìn)行焊接工藝評定。通過焊接工藝評定來確定WDB620鋼板各種焊接位置的焊接電流、電壓、焊接速度、線能量及焊前預(yù)熱溫度、層間溫度、后熱溫度等焊接參數(shù)。

5.3 工序準(zhǔn)備

（1）焊接材料。焊條必須選用與WDB620鋼配套的J607RH超低氫焊條，此焊條采用直流反接，可進(jìn)行全位置焊接。使用前在350～430 ℃的溫度下烘焙1 h，烘干后放入100～150 ℃保溫筒內(nèi)，隨用隨取，對當(dāng)天未用完回收的焊條作好記錄，焊條烘焙不得超過二次。

（2）焊接要求。焊前將焊縫兩側(cè)50～100 mm范圍內(nèi)油污、鐵銹等污物清除干凈，用電加熱帶將焊縫加熱到50～100 ℃的焊前預(yù)熱溫度，用紅外測溫儀監(jiān)視升溫，符合溫度要求切斷加熱帶電源，開始焊接。

焊縫坡口形式為不對稱X型，外大內(nèi)小，坡口加工方法為先用半自動切割機(jī)切割，然后打磨出金屬光澤，除去滲碳層。

5.4 焊接方法及焊接順序

（1）焊接的引弧與熄弧必須在焊道內(nèi)完成，多層焊的層間接頭應(yīng)錯開。每層焊完去除熔渣后，認(rèn)真檢查每層焊道熔合線上是否良好過渡，如有夾溝、焊瘤必須打磨平整后方可焊接。由于第一層焊道電流小，焊道窄，熱輸入小，除去熔渣要快，保證有50～200 ℃的層間溫度利于第二層焊接。

（2）第二（三）層焊道焊接接頭必須與第一（二）層的錯開，并選用焊接參數(shù)內(nèi)偏大的焊接電流，第二（三）層對第一（二）層的熔合線要有一定的熔深，第三層應(yīng)給蓋面層留有1.0～2.0 mm的深度。坡口寬度超過20 mm的采用兩道蓋面的方法，焊接電流選用焊接參數(shù)內(nèi)中間電流。

（3）焊接時(shí)采用短弧連續(xù)焊，背面進(jìn)行清根處理，清根深度至少為先焊側(cè)第一層焊縫厚度的1/2。

（4）用電弧氣刨清根，清根時(shí)保持一定的電弧長度。

（5）焊縫層數(shù)、道數(shù)：外壁焊縫4層5道，內(nèi)壁焊縫3層。

（6）焊接順序：先外后內(nèi)（指管節(jié)內(nèi)外壁），內(nèi)壁用碳弧氣刨清根后焊接，焊接方法與外壁相同。

（7）焊縫層間溫度保持在預(yù)熱溫度至200 ℃之間。

（8）焊縫焊后必須進(jìn)行消氫處理，用電加熱帶將焊縫加熱保溫，溫度控制在150～200 ℃，1 h后緩冷。

6 質(zhì)量控制

（1）WDB620鋼焊接的溫度一定要控制好，焊前預(yù)熱溫度、層間焊接溫度、焊后保溫，溫度嚴(yán)格按工藝要求執(zhí)行。嚴(yán)格控制焊后緩冷速度。

（2）焊縫外觀檢驗(yàn)按DL5017－93規(guī)范表6.4.1進(jìn)行，并填寫《焊縫外觀檢測表》。

（3）無損探傷檢驗(yàn)按DL5017－93規(guī)范進(jìn)行超聲波及X射線檢驗(yàn)，高強(qiáng)鋼一類焊縫檢驗(yàn)比例為每條焊縫長度的100%，X射線抽查10%。二類焊縫超聲波檢驗(yàn)比例100%，X射線抽查5%。

（4）焊縫經(jīng)探傷檢驗(yàn)有超出規(guī)范缺陷，由探傷人員負(fù)責(zé)簽發(fā)焊縫返修通知單，并由技術(shù)部門根據(jù)缺陷部位和缺陷性質(zhì)制定合理的返修措施，返修結(jié)果填入《焊縫缺陷返修記錄》。

7 焊接工藝效益分析

在本次壓力鋼管岔管制造安裝工程中，通過加強(qiáng)人員、設(shè)備及工藝措施，焊前、焊中、焊后的質(zhì)量控制提高了焊接質(zhì)量，減少了焊縫的返修率，提高了經(jīng)濟(jì)效益，為WDB620這種鋼材焊接積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

經(jīng)權(quán)威部門檢測所有焊縫的焊接質(zhì)量都達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，證明上述焊接方法和工藝規(guī)程經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)是可行的，可在WDB620鋼材的焊接施工中應(yīng)用。