Q460壓力鋼管全位置焊接

劉冬梅

【摘要】本文詳細(xì)介紹了Q460壓力鋼管全位置焊接的焊接工藝。

【關(guān)鍵詞】全位置；單面焊雙面成形；熱輸入

1、工程概況

巴基斯坦阿萊瓦水電站位于巴基斯坦的阿萊瓦河和印度河上，是以發(fā)電為主的水電工程。本電站主要建筑物有溢流堰（壩）和進(jìn)水口、引水壓力隧洞、電站廠房及開關(guān)站等。阿萊瓦電站壓力鋼管主管段的總長度1820m；材質(zhì)Q460C、鋼管直徑為2200mm，厚度22mm、每節(jié)長度3000mm。

2、焊接難點(diǎn)

壓力鋼管焊接的主要技術(shù)難點(diǎn)是：（1）壓力鋼管現(xiàn)場安裝焊縫為全位置焊縫，因管外無法進(jìn)行清根要采用單面焊雙面成形的工藝。（2）仰焊位置焊接時(shí)，熔敷金屬受重力作用易產(chǎn)生下墜形成凸形焊道，與坡口面形成夾角增加下層焊接的難度，操作不當(dāng)易產(chǎn)生夾渣缺陷。針對(duì)上述問題，通過技術(shù)專題研究會(huì)，制定了以下措施：

坡口的間隙寬窄大小要一致。

湊合節(jié)以內(nèi)徑周長沿垂直中心線將鋼管截面劃分8等份，進(jìn)行對(duì)稱等份的方法焊接，減少焊接變形.

合理安排焊接順序。

使用小電流多層多道快速焊接，熱輸入控制在15—40KJ/Cm。

焊接速度要均勻，焊接厚度要控制在每層不大于5mm。

選擇高熔敷效率，大熔深的低氫焊接方法，減少焊接層數(shù)。

3、焊接性分析

Q460C鋼是低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼鋼材，碳當(dāng)量較高，鋼的焊接性較差，焊接時(shí)有較為明顯的淬硬傾向，熱影響區(qū)容易形成脆硬馬氏體組織，同時(shí)塑性韌性下降耐應(yīng)力腐蝕性能惡化，焊后易產(chǎn)生冷裂紋。

4、焊接工藝

焊接方法的選擇

選用富氬氣體熔化極保護(hù)焊（GMAW），理由如下：

①富氬氣體保護(hù)焊熔敷效率高，利用其大熔深穿透打底層焊縫根部，讓熔池金屬在自由狀態(tài)下結(jié)晶成形。

②對(duì)母體傷害小，富氬氣體對(duì)金屬熔池起到冶煉作用，減少焊縫擴(kuò)散氫的存在。

（2）焊接材料的選擇：ER55-G富氬焊絲，ER55-G焊絲是550-600MP2級(jí)低合金高強(qiáng)鋼用鍍鋼氣保護(hù)焊絲，適當(dāng)鉬的加入在提高焊縫拉伸強(qiáng)度的同時(shí)對(duì)焊縫的塑性韌性的影響較小。

（3）保護(hù)氣：混合氣體（Ar80+Co220）。保護(hù)效果好、飛濺少、焊縫成形美觀。

（4）焊機(jī)：山東奧太焊機(jī)NBC-500S，焊接電源類型為晶閘管逆變式。

（5）坡口清理：組對(duì)前必須把坡口面及內(nèi)外兩側(cè)100mm范圍的油污、氧化皮、鐵銹、油漆清理干凈。

（6）組裝對(duì)口：由起重工把湊合節(jié)吊裝到安裝的位置，進(jìn)行對(duì)口調(diào)節(jié)，要求打底層焊接間隙為4mm，寬窄大小要一致。

（7）焊工：安排兩個(gè)焊工對(duì)稱焊接。

（8）選擇預(yù)熱溫度

根據(jù)鋼材的成分、厚度、結(jié)構(gòu)剛性、接頭形式、焊接材料，焊接方法及環(huán)境因素等綜合考慮，并通過或焊接性試驗(yàn)來確定，每側(cè)加熱寬度不得小于板厚的5倍，加熱寬度不得小于100mm。

（9）定位焊：定位焊點(diǎn)固前要進(jìn)行預(yù)熱，定位焊接時(shí)，每等份的焊接長度、厚度、電流的大小都嚴(yán)格控制，而且一定要按排好的焊接順序進(jìn)行施焊。

5、焊接操作過程

鋼管湊合節(jié)的焊接順序：焊前預(yù)熱→打底層焊接→填充層焊接 →蓋面層焊接→ 焊后熱處理，保溫2-3小時(shí)至冷卻。

（1）焊前預(yù)熱

施焊前要對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)熱，溫度80-120℃，預(yù)熱寬度要大于焊縫厚度的5倍，不小于100mm。

（2）打底層焊接

焊槍在焊縫坡口內(nèi)擦劃起弧，壓低焊槍電弧迅速移動(dòng)至第一點(diǎn)熔池起焊的位置，做輕微擺動(dòng)使焊槍電弧劃出半圓熔池金屬填充第一點(diǎn)，同時(shí)手腕立既用一定輕柔力把熔池金屬往坡口反變形方向外壓送，當(dāng)聽到電弧推力發(fā)出，連續(xù)的“沙沙”的聲音，并做小復(fù)度月牙形擺動(dòng)向前送進(jìn)。焊接時(shí)通過改變焊槍的角度讓熔池金屬保持在水平狀態(tài)下自由成形結(jié)晶，收弧后不能馬上移開焊槍，要延遲2-3秒讓氣體充分保護(hù)熔池并參與熔池金屬冶煉，減少擴(kuò)散氫的存在。熔池金屬與坡口母材要充分熔合，以獲得打底層優(yōu)質(zhì)的焊縫質(zhì)量。

（3）填充層的焊接

打底層焊完后要測量層間溫度是否在允許范圍之內(nèi)，使用砂輪機(jī)打磨整條焊縫表層的脫氧焊渣及坡口內(nèi)外兩側(cè)的飛濺物，焊接下一等份引弧起焊前要把焊絲前端的焊球剪去，讓焊接引弧容易，減少起弧的飛濺。在焊接過程中要注意焊絲伸出的長度10-15mm為宜，焊接時(shí)焊絲要做小月牙形左右擺動(dòng)往前送進(jìn)讓熔池金屬有一定時(shí)間與坡口兩邊熔合穿透。在焊接過程中要讓熔池的熔敷金屬在坡口兩側(cè)稍作停留（約1-2秒），并充分熔合焊透，同時(shí)要注意焊槍角度的變化要隨焊接位置的改變而變換。

（4）蓋面層的焊接

采用等份對(duì)稱分段退跳焊法進(jìn)行蓋面焊接，蓋面層焊接時(shí)焊縫要低于母材表面1-1.5mm，焊縫過深，使用電流大，容易產(chǎn)生咬邊，焊腳應(yīng)力集中。焊縫過淺，使用電流小，容易出現(xiàn)未熔合，未焊透，夾渣等缺陷。在焊接過程中送絲在熔池坡口兩邊緣稍作停留（約1-2秒），讓熔池熔敷金屬與母材充分熔合，避免焊縫表面出現(xiàn)未熔合、未焊透、夾渣、咬邊等缺陷，要求蓋面焊縫的熔敷金屬紋路平滑光潔，上下寬窄一致，余高均勻。

6、焊縫質(zhì)量檢查及結(jié)果

按DL/T5017-2007《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行焊縫外觀檢查。用縫縫測量尺檢測焊縫余高、高低差，采用5-10倍的放大鏡檢查焊縫表面有無裂紋，咬邊、未熔合、氣孔、夾渣和焊瘤等焊接缺陷，焊縫焊接完成放置24-48小時(shí)后，分兩次進(jìn)行100%UT初檢及復(fù)檢探傷檢測，焊縫評(píng)定為一類Ⅰ級(jí)，按規(guī)定進(jìn)行50%的射線復(fù)查，焊縫均為Ⅰ級(jí)合格，焊縫質(zhì)量優(yōu)良，結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求和DL/T5017-2007驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。后委托第三方進(jìn)行了UT超聲波復(fù)查，對(duì)鋼管焊縫進(jìn)行100%UT超聲波探傷復(fù)檢，最后評(píng)定壓力鋼管焊縫為一類Ⅰ級(jí)。

7、結(jié)語

該焊接工藝針對(duì)Q460高強(qiáng)鋼焊接性差，焊接質(zhì)量難以保證的難題，在焊接方法、焊接順序、焊接參數(shù)、焊接措施等方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)該工藝進(jìn)行焊接作業(yè)，經(jīng)過檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量全部達(dá)標(biāo)，從而驗(yàn)證了該工藝的可行性。為以后同類鋼種的焊接提供了工藝以及經(jīng)驗(yàn)。

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