碳素结构钢及低合金高强钢焊接方法选择

发布日期:[08-01-17 15:08:11] 浏览人次:[]

本文原为高力生教授、潘际銮院士和闫炳义高级技师(焊接)参加三峡总公司召开的“三峡工程金属结构焊接专家咨询会”后的一个书面意见。编者将其节录整编成文予以发表,以期对三峡工程金属结构焊接技术的提高有所裨益。

    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(≤0.09)、总碳当量低(CEQ2=0.39%)、裂纹敏感系数低(PCM≤0.19)。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。

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