高強鋼（HSS）焊接結構件制造技術規范：Ys>355 MPa

李飛

摘 要：該技術文件描述了本文描述了水力發電產品中調質高強鋼（HSS）焊接結構件生產的主要規范。主要涉及屈服強度Rp0.2高于355MPa的調質態結構鋼。嚴格控制焊接各個環節，并制定標準化的工藝過程，以形成合格焊接接頭。

關鍵詞：高強鋼;焊接規范;焊材;預熱溫度;焊接熱輸入

1 鋼板采購

鋼板采購參照相關國際標準。

注意：對于調質鋼，材質證書中必須明確標識回火溫度，以確保該鋼種可進行焊后熱處理：回火溫度高于熱處理保溫溫度30℃以上。

2 熱切割

所有熱切割邊緣不允許有冷裂紋。因此，鋼板熱切割有以下三種選擇：

選擇1：熱切割時不預熱，鏟磨清除所有的熱影響區，需鏟磨的熱影響區深度約為1mm，鏟磨露出金屬光澤，并確保表面硬度不大于380HV10

選擇2：熱切割時不預熱，鏟磨至露出金屬光澤并在表面進行NDT檢驗。在切割表面及邊緣25mm區域進行PT或MT檢驗。

選擇3：熱切割時預熱，鏟磨至露出金屬光澤。不同厚度及強度級別的高強鋼局部最低預熱溫度如下表所示：

3 壓型

3.1總體要求

壓型過程中，要求基體材料的性能（耐蝕性、表面處理、力學性能等）保持不變，甚至壓型后高于該基體材料的最低性能要求。

若壓型前切割坡口與倒角，要求壓型前打磨火焰切割產生的硬化區域并進行PT或MT檢驗。

為防止在剪切及火焰切割邊緣形成裂紋，提出如下建議：

鏟磨壓型區域

壓型區域鋼板表面的缺口增加裂紋形成的風險，壓型前給予清除（不允許缺口深度大于2mm）

為避免脆性斷裂，鋼板溫度低于10℃不允許進行壓型。

3.2延展率評估方法：變形率

EN13445-5 §9的公式用來計算變形率。

對于不存在中間熱處理的多次壓型，變形率為各次壓型變形率的總和。

對于存在中間熱處理的壓型過程，變形率為最后一次熱處理并壓型后的變形率。

3.3特定要求

相應條款見EN13445-4。

冷成型

冷成型溫度應低于去應力最高允許溫度至少30℃。 變形率不允許超過5%。

高溫成型

若對調質鋼進行高溫成型，則高溫成型后必須對調質鋼重新進行一次完整的熱處理（包括淬火與回火），并重新測試其力學性能。

火焰矯直

不推薦使用手工火焰矯直。

4 焊接

4.1焊材的管理

尤其需要注意：為降低焊材熔敷金屬中擴散氫的含量，要求焊材儲存環境干燥，必要時烘干焊材。

4.2焊接評定認證

在進行焊接操作之前，要求操作者按照合適的WPS進行施焊（該WPS按照評定合格的PQR編制），且操作者本身應通過相關認證。焊接工藝及焊工的認證參照ASME ，EN或相關標準進行。

4.3焊前準備

（1）焊接接頭的準備

用機加工或者熱切割方法制備焊接坡口。若熱切割焊接坡口，應嚴格按照第2章的要求執行，且坡口切割后鏟磨去除熱影響區。

（2）部件的清理

打磨坡口表面及其附近25mm區域，確保無氧化物、熔渣、油脂等雜質。

4.4焊接過程中的操作

設備

設備狀態良好且必須校驗合格。采用焊接凸耳或螺栓、或狀態良好的地線夾進行接地。

氣刨

與其它熱工藝一樣，氣刨前對母材進行預熱，否則需將熱影響區徹底清除。預熱溫度取決于鋼板的強度級別及厚度。

起弧

在坡口內部起弧，否則，在專用的起弧板上起弧。若在焊縫外偶然起弧，必須打磨清理干凈，打磨深度不小于1mm，且PT檢測無缺陷。

表面焊接回火焊道

蓋面焊縫的焊接，最后一層焊縫由兩側往中間焊接（如下圖2所示）。且在蓋面焊縫的最后一條焊道上再焊接一道，打磨去除超高區域。

圖二：表面焊道

平焊、立焊及仰焊位

橫焊位

熱參數

采用電加熱進行焊接預熱及后熱，保證溫度值及時間良好的可控性，且由記錄員對溫度進行監控，并按照客戶的要求提供記錄報告。

異種材質接頭焊接的要求更加嚴格。

高強鋼（Ys>355MPa）焊接預熱溫度，層間溫度及后熱溫度

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焊接參數：熱輸入

注意：焊接熱輸入計算公式為：E = （60 * U * I） / （1000 * v）。

在整個焊接過程中，應嚴格遵守以下熱參數（根據板厚、碳當量及熱輸入確定）。

4.5焊后操作

焊后熱處理

原則上不允許進行焊后熱處理，包括整體和局部熱處理。若要進行焊后熱處理，熱處理前，提交熱處理的技術規范。

修復

VT檢測、裝配、制造及NDT檢測過程中在焊縫及母材上發現的缺陷，通過鏟磨或焊接進行修復。

修復區域及標記

修復區域標記以保證其可追溯性，同一區域最多允許進行兩次修復。

缺陷的清除

缺陷清除方法有：選用合適的機械方法（如加工或打磨），或者氣刨等熱工藝。若用氣刨清除缺陷，要求氣刨后鏟磨去除熱影響區（表面1mm深的區域），且氣刨前要求進行預熱。

挖缺

缺陷清除后要求進行MT或者PT檢驗。

修復后熱處理

對于80ksi/90ksi 級別鋼，修復后不熱處理是不允許的。

NDT檢測

NDT檢測需在進行焊后熱處理或后熱后48小時進行。