超厚型800 MPa高強鋼岔管月牙肋焊接變形控制工藝

楊 鼎，包崇籠

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

1 概述

超厚型800 MPa高強鋼焊接變形控制的施工工藝適用于大型水電站鋼岔管月牙肋板焊接及岔管殼體焊接及其它厚板型高強鋼產品焊接。本工藝主要以通過焊接工藝評定試驗優化焊接參數，焊接過程中嚴格控制焊接線能量，提高鋼岔管焊縫的力學性能，滿足鋼岔管復雜的運行環境。控制焊接變形以減小月牙肋尺寸偏差，能夠大大提高鋼岔管整體組拼效率，提高鋼岔管整體裝配尺寸精度。焊后進行振動時效處理以減少焊縫內部的焊接殘余應力，減少殘余應力對產品構件疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂的影響。通過對800 MPa高強鋼鋼岔管制作技術的研究，優化總結大型高強鋼鋼岔管的制造工藝，研究該類材料的冷加工性能及熱加工性能（主要是焊接性能），為類似高強鋼鋼岔管制造提供技術指導。

2 工藝特點

（1）選取不同的焊接參數，通過焊接工藝評定試驗確定最優的焊接參數，焊接過程中嚴格要求焊工按照焊接工藝指導書給定的焊接參數進行操作焊接，控制焊接線能量，提高鋼岔管焊縫的力學性能，以滿足鋼岔管復雜的運行環境。

（2）焊接過程中要求操作者對每層每道焊縫進行焊后打磨清理，確保層道間無焊渣、藥皮等雜質，提高高強鋼月牙肋板一次焊接探傷合格率。

（3）焊接高強鋼月牙肋板時保證焊接人數為偶數，對稱焊接。焊接過程中實時檢測工件尺寸，及時調整焊接順序?？刂坪附幼冃我詼p小月牙肋尺寸偏差，能夠大大提高鋼岔管整體組拼效率，提高鋼岔管整體裝配尺寸精度。

（4）焊后進行振動時效處理以減少焊縫內部的焊接殘余應力，減少殘余應力對產品構件疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂的影響。

3 鋼岔管月牙肋焊接

3.1 施工工藝流程

施工準備（圖紙審核、焊接工藝試板焊接、焊接工藝指導書編制、施工用材料準備、設備、工器具清點等）→板材下料→坡口開制→月牙肋板工裝布置→月牙肋板焊接→焊接過程監控→焊后探傷→振動時效前的殘余應力測試→時效振動→振動時效后的殘余應力測試→完工檢驗。

圖1 月牙肋板焊接施工工藝流程圖

3.2 焊接工藝試驗

根據預焊接工藝規程焊接工藝試板，焊接試板焊接完成后進行無損檢測，對焊接試板進行取樣后力學性能試驗。

圖2 焊接工藝評定焊接試板

表1 焊接工藝評定力學性能拉伸試驗數據

表2 焊接工藝評定力學性能彎曲試驗數據

表3 焊接工藝評定力學性能沖擊試驗數據

焊接工藝評定試板力學性能各項指標均符合試驗規范要求，根據試驗參數編制焊接工藝指導書，為后續鋼岔管月牙肋施工起指導作用。

3.3 鋼岔管月牙肋焊接過程

3.3.1 鋼岔管月牙肋焊前準備

（1）月牙肋組拼，組拼后測量焊前尺寸；

（2）將月牙肋立放，焊接支撐，在焊縫上、下兩端頭焊接騎馬板，月牙肋兩端頭安裝千分表；

（3）焊縫坡口表面鋪設加熱塊，焊接之前預熱至100℃；焊接過程中加熱塊保證工件焊接層間溫度不低于95℃。

3.3.2 月牙肋板焊接及過程監控

（1）月牙肋開始焊接先安排2個焊工對焊縫進行打底焊接，打底完成之后進行清根。清根結束后根據三檢制進行對清根后的焊縫進行驗收，確保焊道內無焊渣、藥皮等。

（2）打底清根工作結束后對月牙肋板焊縫進行對稱焊接，1條拼縫由2名焊工焊接。

（3）焊接過程中實時檢測焊接線能量，焊接線能量計算公式：Q=IU/v，式中：I：焊接電流A；U：焊接電壓V；v：焊接速度cm/s；Q：線能量J/cm。通過鉗式電流表測量焊接過程中的電流、電壓，測量1根焊條焊接的長度及時間，計算焊接線能量。嚴格按照焊接工藝規程及焊接手冊控制焊接參數，保證焊接線能量低于30 kJ/cm。

（4）通過百分表讀數以及激光水平儀測量月牙肋板平面度，監測月牙肋板焊接變形。每焊接1～2層焊道測量一次，測量數據與焊接之前的數據進行對比判斷焊接變形大小及方向。

（5）根據測量的月牙肋板平面度數據來調整焊接順序，若月牙肋板平面度焊接變形超過5 mm時，需要根據變形方向來調整騎馬板的位置，增加反變形約束力控制焊接變形以保證月牙肋板平面度，同時調整焊接人數、順序。

3.3.3 月牙肋板焊后探傷

月牙肋板拼縫屬于一級焊縫，焊后進行200℃保溫消氫處理，消除焊縫內部氫含量，防止焊縫產生延遲裂紋。焊后48 h進行探傷，使用超聲波探傷無損檢測、磁粉探傷無損檢測及TOFD探傷無損檢測，檢測合格后方可進入下一步工序。

3.4 時效振動消應處理及殘余應力檢測

3.4.1 時效振動消應處理

根據水電站鋼岔管的特點，采用振動時效的方法，對鋼岔管月牙肋進行整體消應力試驗。同時通過對鋼岔管關鍵部位振動時效前后進行焊接殘余應力測試，來評判振動時效的消應力效果。消應處理后的平均殘余應力不超過材料實際屈服強度的50%，效果驗證以現場殘余應力實測數據為準，消應處理前后的平均應力消除率要求不低于30%。試驗時，鋼岔管月牙肋已經組焊完成，檢驗合格，并用支撐固定于制作車間。支撐與鋼岔管月牙肋板之間用橡膠墊隔開，起阻止振動能量擴散的作用,鋼岔管處于相對自由狀態。

3.4.2 焊接殘余應力檢測

鑒于目前國內豐寧抽水蓄能電站、敦化抽水蓄能電站、山東沂蒙抽水蓄能電站、江蘇宜興抽水蓄能電站、福建周寧抽水蓄能電站都已采用壓痕法進行殘余應力測試，壓痕法目前測試技術非常成熟，結果非?？煽?。

采用壓痕法進行殘余應力測試（對被測試件無不良影響、數據準確、安全環保），測試儀器為KJS-1型應力測試系統，應變計采用BE120-2CA-B型壓痕應力應變計。

圖3 時效振動及殘余應力測試流程

測試原理：采用電阻應變片作為敏感元件，通過應變儀記錄沖擊壓痕疊加應力場造成的應變，并自動輸入計算機；采用光電測量技術自動讀取壓痕并輸入計算機；按預置計算程序進行計算并顯示結果。測試原理簡圖如圖4所示。該系統由4個部分組成：應變測量部分；壓痕制造與測量部分；計算機處理部分；固定裝置（底座）部分。

圖4 KJS-1型壓痕法智能應力測試系統原理圖

4 結束語

本工藝主要以通過焊接工藝評定試驗優化焊接參數，焊接過程中嚴格控制焊接線能量，提高鋼岔管焊縫的力學性能，滿足鋼岔管復雜的運行環境?？刂坪附幼冃我詼p小月牙肋尺寸偏差，能夠大大提高鋼岔管整體組拼效率，提高鋼岔管整體裝配尺寸精度。焊后進行振動時效處理以減少焊縫內部的焊接殘余應力，減少殘余應力對產品構件疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂的影響。

超厚型800 MPa高強鋼焊接變形控制的施工工藝不僅適用于大型水電站鋼岔管月牙肋板焊接，同時也適用于岔管殼體焊接及其他厚板型高強鋼產品焊接。并能保證超厚型高強鋼產品的焊接變形控制。提高焊接件的裝配精度的前提下提高加工效率、節省加工成本，為類似高強鋼鋼岔管制造提供技術指導。