水電站排砂鋼管復合鋼管的焊接（2）
2.2 復合鋼板的下料對焊接質量的影響
復合鋼板的下料采用等離子切割機進行，為了減少復層材料在下料時變質部分并保證過渡層部位切割平整，無錯臺產生，經對比實驗，得出如下結論：鋼板復層面朝上時進行切割效果最佳。為保證焊縫的焊接質量，必須用砂輪機磨除坡口部位的滲碳層，防止焊接時出現未熔等焊接缺陷。
2.3 復合鋼板基層及復層的焊接均為同種鋼的焊接，過渡層的焊接實質上是異種鋼的焊接
由于不銹鋼層較基層具有低的熱導率(僅為基層的1/2)，高的電阻(為基層的4倍)和較大的線膨脹系數(為基層的1.3倍)，因而過渡層焊接會引起較大的焊接變形及應力，導致焊接裂紋的產生。為保證焊縫成分的合理性，獲得滿意的焊接接頭，必須做到：①正確選擇超合金化的焊材。倘若焊接材料選擇不合適，不銹鋼焊縫就可能嚴重稀釋，形成馬氏體淬硬組織，或由于鉻、鎳侵入碳鋼基層而嚴重脆化，成為產生裂紋的原因，因此在焊接不銹復合鋼的過渡層時，要使用含鉻，鎳量多的焊接材料，使之即使受到碳鋼基層的稀釋，也不會產生馬氏體淬硬組織。②嚴格控制冷卻速度，適當的控制熔合比。冷卻速度要保持在一個適當的范圍內，使熔化金屬有足夠的時間生成足夠的奧氏體。冷卻速度由焊接輸入量、預熱溫度、道間溫度和母材厚度決定，特別在焊接大型工件時，母材熱影響區的冷卻速度低，會延長引發脆性的溫度區間的停留時間，焊縫和近縫區的母材在高溫區的停留時間也隨之延長，不利于焊接熔池的控制，所以要使用小的焊接熱輸入量、道間溫度。因雙相不銹鋼的導熱系數小，熱量不易散失，很容易形成所需尺寸的熔池，小的焊接熱輸入量可以避免焊接接頭產生過熱現象，使基層一側的熔深較淺，減少焊縫金屬的稀釋和縮小基層合金化，同時也可防止熱影響區晶粒粗大與單相鐵素體化。焊接過程中，由于不銹鋼鋼芯電阻大(約為碳鋼的4～5倍)，易造成藥皮發紅開裂，影響焊接工藝的穩定和焊接質量，因此應盡量選擇小的焊接電流。
3 排砂鋼管復合鋼板的性能
排砂鋼管復合鋼板的基層為Q345C，復層是00Crl8Ni5Mo3Si2，在鋼板制造廠采用爆炸軋制復合成型，00Crl8Ni5Mo3Si2是一種鐵素體奧氏體雙相不銹鋼，它是在超低碳鐵素體基不銹鋼基礎上發展起來的具有特殊抗點蝕、抗應力腐蝕的雙相不銹鋼，在常溫下為雙相組織，鐵素體占60%，奧氏體占40%。鋼板的化學成分及力學性能見表l與表2，復合板的冷彎性能應符合GB8165-87的有關規定。
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表1 鋼板的化學成分 |
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C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Mo |
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00Crl8Ni5MoSi2 ( 復層) |
<0.035 |
1.3-2.0 |
1.0-2.0 |
<0.035 |
<0.03 |
18-19.5 |
4.5-5.5 |
2.5-3.0 |
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C |
Si |
Mn |
P |
S |
V |
Nb |
Ti |
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Q345C基層) |
≤0.20 |
0.55 |
1.0-1.6 |
<0.035 |
<0.035 |
0.02-0.15 |
0.015-0.060 |
0.02-0.20 |
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表2 復合板的力學性能 |
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抗拉強度σb |
屈服強度σs |
抗剪強度στ |
粘結強度 |
伸長率δ5 |
V型缺口沖擊功Akv |
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490-640 |
>325 |
≥210 |
≥280 |
≥21 |
≥27 |
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4 焊接工藝評定
4.1 焊接方法的選擇
復合鋼板常用的焊接方法有焊條電弧焊、鎢極惰性氣體保護焊、熔化極惰性氣體保護焊等，根據三峽電站排砂管的結構型式，并結合施工單位的焊接設備及焊工技能狀況，從施工進度及經濟方面考慮，決定采用焊條電弧焊，焊條電弧焊可以滿足異種鋼熔合比小，稀釋率低的焊接要求。
4.2 焊接材料
復合鋼板基層Q345C的焊接選用J507牌號焊條，直徑為3.2mm。過渡層的焊接材料選擇難度大，通過比較焊條的化學成分，并運用不銹鋼組織圖(舍菲勒圖)進行分析，最終選定奧氏體不銹鋼焊條A312作為過渡層的焊接，A312牌號焊條是鈦鈣藥皮的不銹鋼焊條，由于焊縫金屬中含有鉬，故比A302有更好的耐蝕、抗裂及氧化性能，焊接工藝性能良好，熔敷金屬的化學成分及力學性能見表3、表4。因碳對不銹鋼的耐蝕性能影響很大，為保證排砂鋼管內縫耐蝕性不低于復層，復層00Crl8Ni5Mo3Si2的焊材熔敷金屬的含碳量應低于母材，經對比分析，選定A042焊條作為復層的焊接，熔敷金屬的化學成分及力學性能見表3、表4。
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表3 熔敷金屬化學成分 �。�%） |
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C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
Cu |
S |
P |
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A312 |
≤0.12 |
0.5～2.5 |
≤0.90 |
22～25 |
12～14 |
2.0～3.0 |
≤0.75 |
≤0.030 |
≤0.040 |
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A042 |
≤0.04 |
0.5～2.5 |
≤0.90 |
22～25 |
12～14 |
2.0～3.0 |
≤0.75 |
≤0.030 |
≤0.040 |
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4.3 坡口型式的確定
根據排砂管的受力要求，結合現場的具體施工條件，我單位在保證焊縫質量的前提下，應盡量減少焊縫金屬的填充量，尤其是復層側焊縫的填充量，并結合過渡層的焊接特點，選用如圖l所示的非對稱X型坡口型式。
4.4 焊接設備
焊接設備選用ZX7 400H逆變式弧焊電源，焊接時采用直流反接。
4.5 焊接工藝評定
雙相不銹鋼復合板為我單位首次焊接，依據DL 5017 93《壓力鋼管制造安裝及驗收規范》、GB/T13148-9《不銹鋼復合鋼板焊接技術條件》及JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》等標準的要求，并結合現場施工的實際情況，工藝評定項目見表5。
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表5 焊接工藝評定項目一覽表 |
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項目序號 |
母材 |
厚度mm |
接頭型式 |
焊接材料 |
焊接位置 |
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1 |
Q345C |
20＋4 |
非對稱X型 |
J507（基層） |
平焊 |
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工藝評定試驗包括接頭的拉伸試驗、彎曲試驗、硬度試驗及沖擊韌性試驗和復材焊縫金相試驗，均滿足設計及規范要求。
4.6焊接工藝參數
焊接工藝參數見表6。
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表6 焊接工藝參數 |
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焊接位置 |
焊材及規格(mm) |
焊接電流(A) |
電弧電壓(V) |
焊接速度(mm/s) |
焊接熱輸入量(KJ/cm) |
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平焊 |
J507/φ3.2 |
125～135 |
23～25 |
1.8～2.2 |
<30 |
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A312/φ3.2 |
95～110 |
22～24 |
2.5～3.0 |
<18 |
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A042/φ3.2 |
90～110 |
22～24 |
3.0～3.5 |
<18 |
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立焊 |
J507/φ3.2 |
110～125 |
23～25 |
1.5～2.0 |
<30 |
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A312/φ3.2 |
95～110 |
22～24 |
1.5～2.0 |
<18 |
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A042/φ3.2 |
90～105 |
22～24 |
2.0～2.5 |
<18 |
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橫焊 |
J507/φ3.2 |
120～135 |
23～25 |
1.5～2.5 |
<30 |
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A312/φ3.2 |
90～110 |
22～24 |
1.5～3.0 |
<18 |
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A042/φ3.2 |
90～110 |
22～24 |
1.5～3.0 |
<18 |
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仰焊 |
J507/φ3.2 |
110～125 |
23～25 |
1.5～2.2 |
<30 |
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A312/φ3.2 |
95～110 |
22～24 |
2.0～3.0 |
<18 |
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A042/φ3.2 |
90～105 |
22～24 |
2.0～3.0 |
<18 |
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