高强钢的焊接工艺评定.pdf

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1、高强钢的焊接工艺评定王建利X(中国水利水电第十四工程局,云南 昆明 650041)摘 要:文章以惠蓄电站引水压力钢管为例,讨论了高强钢焊接工艺评定过程中的有关问题。该钢管所采用材质为SUMI TEN610F-TMC 的高强钢,厚度主要有 36mm和 44 mm两种。用 44 mm的钢板作焊接工艺评定,满足了5压力钢管制造安装及验收规范6中之/已进行过-评定.的对接接头工艺试件厚度 D,高强钢适用于焊件母材厚度范围为下限值0.75 D、上限值1.0 D 0的规定。关键词:高强钢;焊接工艺;评定中图分类号:TG44 文献标识码:B 文章编号:1006-3951(2007)02-111-04 高强钢

2、在焊接前,为保证焊接质量,必须选择合理的工艺参数,所选定的工艺参数就称为焊接工艺规范,它是用来指导施工的基础性文件。焊接工艺评定是:通过一系列的试验,选择合适的焊接材料、焊接电压、电流等参数,来确定焊接工艺规范的一个过程。根据施工经验,我们首选与 SUMITEN610F-TMC 高强钢板相匹配的 CHE62CFLH 焊条。结合工地安装的实际情况,决定焊接接头的形式为对接焊,焊接方法采用常温下的手工电弧焊。1 焊接工艺评定的准备工作1.1 人员的准备参加焊接工艺评定的焊工,是持有劳动人事部门发给的锅炉、压力容器焊工考试合格证书或者通过国家电力部门颁发的、适用于水利水电工程压力钢管制造、安装的焊工

3、考试规则规定的考试,并持有有效合格证书的焊工。1.2 焊接工艺评定用试板的准备(1)试板的规格尺寸及数量:根据机械性能试验的需要,确定试板尺寸为 150 mm 800 mm,同时因为工地安装涉及到的焊接方式有平焊、仰焊和立焊,所以选择 3 对试板进行焊接,焊接后形成 3 块。焊缝在试板宽度方向的中部。(2)试板的加工:坡口采用机械加工而成,有效避免了坡口因切割而使切口表面碳化从而改变钢材的内部组织结构这一不良现象。坡口为 30 b不对称的K 型坡口,钝边 2 mm。试验板拟焊面及坡口两侧各50 100 mm 范围内的铁锈、油污及其它杂物要清除干净(焊完每道后也及时清理,检查合格后方可焊下一道)

4、。在工地安装过程中,用砂轮磨光机对对接坡口进行打磨处理。1.3 焊接材料的准备(1)焊接材料选用四川自贡大西洋焊接材料厂生产的 CHE62CFLH 低氢型焊条,化学成分为:C0.05%,Mn 1.33%,Si 0.28%,S 0.012%,P 0.022%,Ni 0.863%,Mo 0.269%。焊条使用前严格按照厂家要求进行烘干,烘烤温度一般为 300 350e,烘焙1 2 h。(2)烘干的焊条在使用前存入 100 150e 的焊条保温筒中,随用随取。(3)焊条在保温筒内的时间不能超过 4 h,超过后重新烘焙,重复烘焙的次数不得超过2 次。1.4 试块焊接用的设备及工器具准备焊接所需设备及工

5、器具主要包括:直流逆变焊机、碳弧气刨机、氧乙炔火焰割炬、焊条高温烤箱、焊条保温箱及保温筒、直流嵌形电流表、电压表、钢板尺或卷尺、焊道温度测量仪、除渣尖锤、钢丝刷、电动手砂轮、焊缝外观尺寸检测器、超声波探伤仪、X 射线探伤仪等。1.5 焊接过程各种记录表格的准备(1)焊接条件记录表(包括焊工姓名、试板材质及规格、坡口加工形成尺寸、焊材种类、试件编号、施焊时间、试板焊接位置等);(2)焊接参数记录表(包括各层、道所用的焊条规格、电源极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度等)。111 第 23 卷第2 期 云南水力发电YUNNAN WATER POWERX 收稿日期:2007-02-08 作者简介:王建

6、利(1971-),男,陕西商洛人,工程师,主要从事金属结构制作安装工作。2 焊接过程2.1 一般注意事项(1)焊接时的引弧和断弧在坡口内进行,严禁在坡口以外的母材表面任意引弧或收弧。(2)正常情况下,每条焊缝连续完成,不得中断焊接。因故中断焊接,重新进行施焊前对焊缝要进行清理检查,确认已焊焊道的缺陷已经处理合格后方可继续进行。(3)每层、道焊缝在焊接过程中发现缺陷时,及时用角磨光机对缺陷进行打磨处理,确认缺陷消除后方可继续进行焊接。(4)焊缝中部有接头时,无论何种焊接位置均要求在焊接接头处前方 15 25 mm 处采用划擦法引燃电弧后,再立即把电弧拉回到接头处开始正常的焊接。各层P 道焊中部的

7、焊接接头要相互错开。(5)正面焊道打底焊及背缝清根后的第一层道可用 3.2 mm 的焊条焊接,也可根据实际情况用4.0 mm 的焊条焊接,其余焊道均采用 4.0 mm 的焊条焊接。为了提高打底焊道的焊接质量并保证应有的熔池深度,碱性低氢型焊条在正面焊道打底焊接过程中,宜采用月牙型运条或锯齿型运条的连弧法焊接,而不采用灭弧法焊接。(6)为确保焊接接头具有良好的综合性能,在进行多层、多道焊接时,要求横向摆动宽度应严格控制在不大于 3 倍的焊芯直径,每层P 道的焊缝厚度应不大于焊芯直径。以此为原则掌握并控制如下:采用4.0 mm 焊条时,当焊道宽度 b 小于等于12mm 时,可用单焊道焊接;当焊道宽

8、度 b 大于 12 mm 时,各层道焊缝应采用 2 道以上的多焊道进行焊接。(7)背面焊缝根部用碳弧气刨清根,清根时间可以是在正面焊缝全部施焊完成后进行,也可以是在正面焊缝施焊到一定程度后进行,清根的时间以能有效控制试块的角变形为佳。(8)用碳弧气刨进行清根,清根过程中应将打底焊道中的缺陷及未焊透母材金属全部吹除干净后,再用角向磨光机将渗碳层、氧化物及其它污物清除干净,才可进行背面焊缝的焊接。2.2 试板焊接过程中的参数记录焊接过程中的参数记录见表 1、表 2、表 3。分析:焊接过程均采用多层多道焊,方法都采用手工电弧焊,但焊接参数并不相同。通过对上述焊接参数的对比可知,平焊需要比较大的焊接电

9、流和焊接电压,但焊接速度较快,焊接效率高;而仰焊,焊接电压、电流都比较低,有较好的经济效益;立焊焊接速度较慢,生产效率较低。由于我们是在工地安装,以上三种焊接方式都会涉及到,所以将上述三种焊接方式作为本工艺评定的重点,而对横焊则未涉及。表 1 平焊:焊接材料均为 CHE62CFLH;气温:25 30e;湿度 75%85%。焊层焊接方法焊条直径P mm焊接电流极性P A电弧电压P V焊接速度P(mm P s)正面焊接背面焊接1 层1 道2 层2 道3 层2 道4 层3 道5 层3 道盖面 3道1 层1 道2 层1 道3 层1 道4 层2 道盖面 2道手工电弧焊4.04.04.04.04.04.0

10、4.04.04.04.04.0直流反接168 171261.8 2.0170 175261.8 2.1175 179261.8 2.3165 172261.8 2.0173 176261.8 2.2162 168261.7 1.9175 180261.9 2.3175 180261.9 2.3175 180261.9 2.3165 170261.8 2.1165 170261.8 2.1表 2 立焊:焊接材料均为 CHE62CFLH;气温:25 30e;湿度 75%85%。焊层焊接方法焊条直径P mm焊接电流极性P A电弧电压P V焊接速度P(mm P s)正面焊接背面焊接1 层1 道2 层2

11、 道3 层2 道4 层3 道5 层3 道盖面 3道1 层1 道2 层1 道3 层1 道4 层2 道盖面 2道手工电弧焊4.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.0直流反接160 170231.5 2.1160 170241.5 2.1160 163261.5 1.9158 165251.5 1.9160 165261.4 1.8160 170261.5 1.9160 165261.5 1.9160 165261.5 1.9160 169251.6 1.9155 165261.4 1.8155 160261.4 1.8表 3 仰焊:焊接材料均为 CHE62CFLH;气温:2

12、7 30e;湿度 75%80%。焊层焊接方法焊条直径P mm焊接电流极性P A电弧电压P V焊接速度P(mm P s)正面焊接背面焊接1 层1 道2 层2 道3 层2 道4 层3 道5 层3 道盖面 3道1 层1 道2 层1 道3 层1 道4 层2 道盖面 2道手工电弧焊4.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.0直流反接163 170241.8 2.0160 163241.8 2.1160 168241.8 2.3158 163241.8 2.0160241.8 2.2155 160241.7 1.9165 170241.9 2.3165 170241.9 2.3165

13、 170241.9 2.3160 165241.8 2.1155 160241.8 2.1112 云南水力发电 2007 年第 2期2.3 正面焊缝打底焊道的焊接(1)打底焊道采用灭弧焊接法时,焊接电弧从熄灭到重新引燃电弧的这一间隔时间应尽量的短,以保证整条焊道的熔敷金属均在焊接电弧的有效保护下缓慢冷却,从而保证焊接质量。(2)打底焊道采用连续焊接法时,不得随意挑弧,以免破坏电弧的保护气腔。为使根部焊透,焊接方法采用击穿法较可靠,一般避免采用渗透法。使用击穿法时,要集中精力注视熔池情况,被击穿熔化的左右侧钝边,要每侧保持熔化 1?0.5 mm 较好。如果熔化缺口过大,仰焊时易出现较大的背面凹坑

14、,其它位置焊接时焊缝背面易出现超高或焊瘤;如果熔化缺口过小,易出现未焊透或未熔合。(3)打底焊道中间灭弧。当施焊焊条只剩 4060 mm 长时,准备做灭弧动作,适当降低焊接速度,使弧坑和焊道背面饱满,然后前拉(或后接)7 10mm 灭弧。(4)打底焊道中间接头处较易产生缺陷,为此可采用两种方法中的一种。一种是热接法:迅速换上焊条,在接头处还没有充分冷却前即在熔池前 1525 mm 坡口内划擦引弧,点燃后回拉电弧至弧坑里侧,使弧坑里侧熔化后,立即把电弧移到弧坑中心,并将电弧压低正常向前移动,保证击穿根部;另一种是冷接法:在换焊条灭弧后,除盖面焊道之外,接头部位允许修磨,修磨之后的操作同热接法。(

15、5)焊道末尾逆接头焊法及灭弧。当焊条运至接近焊缝末端点固焊处,应注意在电弧距离点固焊处2 4 mm 时,将焊条摆到垂直试件表面,增加电弧穿透力,并把电弧前移,将定位焊点边缘熔化后拉回熔池中心;在填满熔池、穿孔消失后,再将电弧向封口处熔池中心轻轻按一下,然后将电弧引向坡口边沿,待弧坑填满后熄弧。2.4 中间填充层焊道及盖面焊道的焊接(1)其它中间层焊道易出现夹渣、未熔合和焊道高低不平等问题,为防止这些缺陷的出现,除了选用合适的焊接规范参数外,运棒手法上应注意运棒速度均匀,在焊道两侧适当停留,并随时注意熔池形状和大小的变化,使熔池始终保持大小相对稳定的椭圆形,铁水和熔渣走向分明。(2)焊接中间层焊

16、道时,必须大致计划和控制好每层的厚度,为焊好盖面层焊道打好基础,使盖面层焊道不致太厚或太薄。(3)焊接中间层焊道时,熄弧、接头、引弧的方法与打底焊道类似,可参考上述有关条款。(4)盖面焊道焊接质量的好坏,直接影响外观检查能否合格。焊接时,除注意中间焊道焊接时的注意点之外,还要根据盖面层焊道最后必须焊接的厚度选择适当的焊接规范参数,焊接时以坡口两棱边为基准,保持棱边向母材表面每侧熔化 1 mm 左右,使焊缝高度、宽度均匀恰当。(5)盖面焊道的焊接还要防止出现咬边,焊接时要精力集中,运棒要注意在两侧停留稍长一点时间,选用焊接电流可比中间焊道小一些。(6)盖面层接头时,除注意前面所述有关条款之外,还

17、应注意在引弧之后即把电弧拉到原熔池后边,迅速摆运使其熔化后立即把电弧移到熔池中心,并开始正常焊接。(7)每条焊缝应一次连续焊完,当因故中断焊接时,应采取防裂措施。在重新焊接前,应将表面清理干净,确认无裂纹后,方可按原工艺继续施焊。2.5 各空间焊接位置的特点及注意事项(1)在平焊位置焊接时,因铁水重力方向与电弧吹力方向一致,打底焊道容易烧穿,形成背面余高过高或焊瘤,除正确选择焊接规范参数外,特别要注意选择组装间隙,正确稳定控制熔池熔化宽度。(2)平焊时,其它焊道的焊接要注意渣与铁水的流向必须分明,避免夹渣。(3)在仰焊位置焊接时,打底焊道易出现未焊透和根部凹坑超标,为防止出现这种情况,既要选择

18、适当的焊接规范参数和组装间隙,又要在焊接时,控制击穿熔池,均匀熔化钝边每侧 1?0.5 mm,避免熔池不击穿或熔池宽度太大的现象发生,在焊接过程中始终保持短弧顶托住熔化金属。(4)为确保焊缝金属具有良好的机械性能,焊接工艺中强调控制各空间焊接位置,尤其特别强调立焊位置的每层P 道焊缝厚度应不大于焊芯直径。在立焊位置焊接时,焊接电弧稍一拉长或焊接速度稍一放慢,焊缝厚度便会急剧加大,焊接线能量便会急剧升高,因此特别强调焊工在立焊位置焊接时,应尽量短的焊接电弧施焊,同时有效控制焊接速度,将焊层严格控制在焊芯直径以内。3 焊缝质量检验及试块工艺评定(1)焊缝外观质量检验:焊接工艺评定试块的焊缝外观质量

19、,符合 DL5017-935压力钢管制造安装及验收规范6中规定的二类焊缝合格标准,无裂纹、表面夹渣、表面气孔和未焊满的情况,咬边深度和连113 王建利 高强钢的焊接工艺评定续长度符合要求,两侧咬边累计长度也不大于焊缝总长度的 10%,余高控制在 3 mm 以内,符合要求。(2)焊缝无损探伤检测:焊接工艺评定试块焊缝的内部缺陷探伤选用超声波和 X 射线探伤,抽查率为100%,按照 GB3323-875钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级6标准评定,以不低于 级为合格,经检测后符合要求。(3)试件的机械性能试验:机械性能试验,我方委托第三方进行了试件的拉伸试验、弯曲试验、冲击试验,各项指标均符合要求

20、。4 结束语通过这次焊接工艺评定,可以确定:(1)焊材的选取是适当的。我们选择了与 SUM-ITEN610F-TMC 高强钢板相匹配的 CHE62CFLH 焊条,可焊性能较好,焊缝外观和机械性能得到了保证,为我们选择焊接材料提供了依据。(2)焊接过程不需要加温,减少了施工难度。本次焊接工艺评定时,借鉴以往经验,直接在不用加温的状态下完成,最后焊缝的无损检测和力学性能检测证明了不加温焊接是可行的,该结论得到了监理的认可,为我们以后的施工降低了成本,提高了生产效率。(3)为施工提供了焊接环境、焊接电流和焊接电压的参考值。焊接环境、焊接电流、焊接电压也是决定焊接质量的关键因素。有了本工艺评定,焊接施

21、工过程中无需再去摸索,直接参考根据工艺评定结果制定的作业指导书进行施工,即可确保焊接质量。(上接第 97页)尽量避免射线的直接照射和散射线的影响。从事射线检测的人员应备有剂量仪或其它剂量测试设备,以测定工作环境的射线照射量和个人受到的累计剂量。C射线检测操作中,每次都应测定工作场所和 C射线源容器附近的射线剂量,以便了解射源位置,免受意外照射。安全措施:(1)射线源属国家严控物品,进入工地前,必须到当地环保部门申报登记,核验相关手续,严格按射线源存放管理规定,设置专门的存放库房并经环保部门查验合格;(2)严格遵守项目部协调安排的统一时间内进行透照工作,未经通知不得擅自进行透照工作;(3)进入现

22、场(地下厂房 3 号机组蜗壳处)确定安全距离后(大约 50 m 范围),在透照部位四周洞口设置安全警戒线、警示牌、挂红灯以示警戒,防止闲杂人员进入;(4)在曝光射源处设红色警灯并配声响报警装置,在进行曝光折算前开启报警器,以便通知曝光场所附近的人员撤离现场及通知其它非工作人员远离辐射区。检测人员在曝光期间也必须远离辐射区,站到警戒线外加强人工警戒;(5)放射源撤离现场后需再经检查,确认无误后方可储存在专用的库房内,并设专人保管看护;(6)检测人员每年允许接受的最大射线照射剂量为 5 10-2Sv,非检测人员每年允许接受的最大剂量为 5 10-3Sv;(7)有机结合/时间0、/距离0、/屏蔽0三个防护基本因素,控制辐射对人体的照射,使之保持在可以做到的最低水平,保障个人所受到的剂量当量不超过国家规定的标准。9 结束语龙滩电站 3 号机蜗壳环缝共 34 条,焊缝总长67.03 m,凑合节纵缝 8 条,焊缝总长度 16.2 m;上、下蝶形边焊缝总长 51.44 m。C射线探伤作业于2005 年 11 月 1 日开始,至同年 12 月 28 日结束,共计拍片 624张,其中环缝429 张,一次性探伤合格率为 97.2%;上、下蝶形边焊缝与凑合节纵缝拍片 195张,一次探伤合格率 94.3%。114 云南水力发电 2007 年第 2期