文档介绍：碳素结构钢及低合金高强钢焊接方法选择
摘要:三峡工程压力钢管选用16MnR和160Q2可焊性好的钢种,其焊接方法首选气保焊。在预制厂应推广实心焊丝气保焊,在实验基础上推广药芯焊丝气保焊,推广气电立焊;在工地安装立足于手工焊的基础上推广气保护焊。这些方法必将带来巨大的效益。
关键词:焊接设计;焊接方法;气保焊;实心焊丝;药芯焊丝
三峡工程目前正在施工的重要结构主要有电站压力钢管、水轮机座和船闸门,其中水轮机座的施工工艺质量由国外公司负责,其余两项由国内制造商和施工单位承包,闸门制造多由国内知名船厂承担,具焊接工艺比较成熟,相对船体制造的没备和工艺已不是什么难事;由于材料为强度级别较低(Q345)的低合金钢,所以今后的主要问题是工地安装时,如何提高效率,降低成本。
压力钢管的制作和安装将成为主要矛盾,工程前期共有压力钢管14条,约22500t,由于材料复杂(上段为16MnR,下段为610U2低合金高强钢),板厚度大(最厚达58mm),特别是管道直径大(φ12499mm),安装位置复杂,因此不同于常规管道的制作和安装。
此次有幸参加了三峡开发总公司工程建设部组织的“三峡工程金属结构焊接技术专家咨询会”,受益匪浅,但由于时间太短,会前对几个承包单位的工作和试验资料未及仔细学习,所以有些意见未能允分表达,现对有些观点加以说明。
1 三峡工程压力钢管的选材思想和实践是成功的
上段选用16MnR、下段选日本NKK的60kg级的610U2都是可焊性好的钢种,特别是日本的610U2,属于低碳调质钢中的焊接无裂纹钢(CF钢),其特点是含碳量低(≤)、总碳当量低(CEQ2=%)、裂纹敏感系数低(PCM≤)。由于在钢材生产过程中采用新技术,如在线余热淬火等,在碳当量不大情况下,增加其淬透性,并加入多种微量元素,所以能在保证高强度的同时提高其塑性和韧性(-40℃时其AKv>200J甚至达300以上),增加了在减轻重量情况下得到高质量焊缝的可能性。
2 从焊接设计出发,选择焊材的原则
16MnR是焊接结构应用最多的钢种,一般焊缝按等强设计,此钢种国内的焊接材料、焊接方法配套均非常成熟。
关于610U2类型的低碳调质钢,本来其可焊性也是较好的,但是在焊接时若处理不当,在熔合区的冷裂和影响区的脆化和软化等缺陷也有发生,在特殊情况下特别是在工地安装中,对焊接热输入和预热等方面有一定要求。
焊接无裂纹钢种,采用低H或超低H焊材,在板厚50mm以下或在0℃以上环境均可不预热。此种钢冶炼技术优越,其力学指标突出,特别是在屈强比的冲击性能方面(如本次选用的610U2就是这样),但在焊接时,如要求焊缝冲击性能达到母材要求,这显然是不合适,焊缝设计其力学指标以工作要求为主,不低于母材力学指标的保证值,再留有适当余量,而不应该以母材的实测值为标准,有时为了提高焊缝的塑韧性可适当降低焊缝的设计强度指标。实践证明,低强匹配的焊缝,往往能提高焊缝的韧性和抗裂纹敏感性。
3 关于焊接方法
压力钢管的主要加工工艺是焊接,原则上,手工电弧焊、埋弧焊、气保护实心焊丝和药芯焊丝焊,自保护药芯焊丝等均可选用,应根据施工条件、结构形式、效率与成本核算、焊接质量的水平综合考虑,选择原则应为:在好的劳动条件下,低成本地完成高质量的焊缝。
这次论证会上的基本结论是:厂房预制推行自动实心焊丝气保护焊;工地安装采用手工焊;研制全位置自动焊设备。对此结论大多数与会者虽能接收,但还存在某些疑虑。
(1)从保证焊接质量出发,焊接冶金过程完善(如通过渗合金控制焊缝成分和H值含量);保护好;焊接热源能量集中,易控制热输入和焊接变形;能通过焊接设备控制焊接质量等,具有这些能力的焊接方法是最好的。
对这二种钢特别是610U2应首选气保焊,因为低合金高强钢焊接质量的主要问题是焊接裂纹和热影响区的脆化和软化,而气保焊最大的特点是低H焊、易控制热输入,例如测扩散H含量平均值为:,;CO2保护焊1,,,单位:ml/100g。
焊接的抗锈能力实验:,而CO2焊1g/10mm才产生气孔。所以,C02焊是一种低H焊接。另外气保焊能量密度大,在正常规范下,其热输入仅为手工焊的1/2~1/3(特别是脉冲MAG焊)而且变形小,这对具有一定热敏感性的高强钢极为重要。气保焊的优点是效率高成本低,因为它的熔化效率高,不用清渣换焊条,坡口小,熔敷金属少,坡口加工量少。
(2)气保焊分实心焊丝和药芯焊丝,它们有一些共同的特点,如热量集中、高效,也有不同处(见后)。气保焊已成为焊接碳钢和低合金高强钢的主要工艺方法,我国造船工业所用钢材与三峡的16MnR和610U2基本类