WDB620低合金高强钢的实际施工焊接工法

刘茂臻

（葛洲坝新疆工程局（有限公司），新疆 乌鲁木齐830001）

1 前言

WDB620钢是一种具有低热裂纹和冷裂纹敏感性高强钢，材料屈服强度大于等于 620 MPa。由于 WDB620钢种是一种Mn含量较高，含C、S、P量较低的Cr－Mo－V系合金钢，与普通钢种相比，可焊性较低，焊接接头易出现脆性断裂，在实际施工中对焊接人员、焊接方法和工艺、检测人员都有严格的要求。

在某水利枢纽电站压力钢管工程中，采用一管四机的布置型式，将一根主管分为四根支管接入主厂房内。1#—3#岔管型式采用“卜”形月牙肋岔管。主管内径10.0 m，1#、2#支管内径3.2 m，3#、4#支管内径5.2 m。钢管材料为WDB620钢，在实际焊接中，气孔、夹渣、未熔等可以通过改进操作方式而避免，焊接裂纹则需要通过正确地选择材料和工艺措施才能避免，所以本次工程中，在施焊前根据实际施工环境制定了切实可行的焊接工艺和预防措施来确保本次工程的质量。现将本工程中WDB620钢岔管的焊接工艺做一简介。

2 工法特点

本次施工的压力钢管制作安装因管径较大只能到施工现场进行，在压力钢管制作安装过程中焊接是一道特殊的工序，由于施工条件的局限性，焊接一直是施工中的重点、难点，而WDB620这种低合金高强钢的焊接施工条件比普通钢材焊接要高得多，在此方面就有许多提高焊接质量和焊接效率值得探索。在本次压力钢管岔管制造安装工程焊接施工中，借鉴了在其他同类压力钢管的施工中的一系列的焊接方法和工艺，才制定出了本次施工的焊接工艺。

3 工法适用范围

本工法适用WDB620钢材及其他600 MPa级CF钢的对接平焊、立焊及横焊的各种焊接施工。

4 工法工艺原理

4.1 WDB620钢的焊接特点及产生裂纹的原因

裂纹产生的原因一般有两个：①结头存在缺陷和裂纹；②脆性转变温度及应力集中。焊接结头中存在一定的缺陷和裂纹，是脆性断裂的起裂点，也是发生脆性断裂的根本原因。通常焊接裂纹分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕断裂纹四类。热裂纹易发现、易控制；氢致冷裂纹有延迟特性，不易发现，是防空重点；再热裂纹，只有在焊接后再次加热时才可能发生；层状撕裂多发生在厚板母材上，不易检查、修复。

4.2 工艺原理

根据WDB620钢材焊接特点确定焊接工艺基本原理为母材焊前预热、焊中层间消除应力、焊后保温。焊材烘烤、层间打磨、背缝清根来达到质量要求满足规范，减少焊接内部缺陷和表面裂纹的发生。

5 施工工艺流程及操作要点

根据裂纹形成的因素，需要从人员、施工环境、焊料选择以及焊接工艺等方面进行控制。

5.1 人员及环境要求

（1）从事焊接的工人必须取得水利水电工程压力钢管制造、安装的焊工合格证书，并与所焊钢种与焊缝焊接位置均应相符，并在有效期内。

（2）无损检测人员应持有无损检测人员资格证书，焊缝由Ⅱ级或Ⅱ级以上的无损探伤人员担任焊缝质量评定。

（3）环境温度低于－5 ℃或雨、雪天的露天情况，相对湿度大于90%，风速大于8 m/s，无防护措施时不得焊接。

5.2 焊接工艺评定

针对WDB620钢板的特性，在制作前，应按照《压力钢管制造、安装及验收规程》（DL5017－2004）规范要求，依据钢管制安施工过程中发生的焊接方法和位置进行焊接工艺评定。通过焊接工艺评定来确定WDB620钢板各种焊接位置的焊接电流、电压、焊接速度、线能量及焊前预热温度、层间温度、后热温度等焊接参数。

5.3 工序准备

（1）焊接材料。焊条必须选用与WDB620钢配套的J607RH超低氢焊条，此焊条采用直流反接，可进行全位置焊接。使用前在350～430 ℃的温度下烘焙1 h，烘干后放入100～150 ℃保温筒内，随用随取，对当天未用完回收的焊条作好记录，焊条烘焙不得超过二次。

（2）焊接要求。焊前将焊缝两侧50～100 mm范围内油污、铁锈等污物清除干净，用电加热带将焊缝加热到50～100 ℃的焊前预热温度，用红外测温仪监视升温，符合温度要求切断加热带电源，开始焊接。

焊缝坡口形式为不对称X型，外大内小，坡口加工方法为先用半自动切割机切割，然后打磨出金属光泽，除去渗碳层。

5.4 焊接方法及焊接顺序

（1）焊接的引弧与熄弧必须在焊道内完成，多层焊的层间接头应错开。每层焊完去除熔渣后，认真检查每层焊道熔合线上是否良好过渡，如有夹沟、焊瘤必须打磨平整后方可焊接。由于第一层焊道电流小，焊道窄，热输入小，除去熔渣要快，保证有50～200 ℃的层间温度利于第二层焊接。

（2）第二（三）层焊道焊接接头必须与第一（二）层的错开，并选用焊接参数内偏大的焊接电流，第二（三）层对第一（二）层的熔合线要有一定的熔深，第三层应给盖面层留有1.0～2.0 mm的深度。坡口宽度超过20 mm的采用两道盖面的方法，焊接电流选用焊接参数内中间电流。

（3）焊接时采用短弧连续焊，背面进行清根处理，清根深度至少为先焊侧第一层焊缝厚度的1/2。

（4）用电弧气刨清根，清根时保持一定的电弧长度。

（5）焊缝层数、道数：外壁焊缝4层5道，内壁焊缝3层。

（6）焊接顺序：先外后内（指管节内外壁），内壁用碳弧气刨清根后焊接，焊接方法与外壁相同。

（7）焊缝层间温度保持在预热温度至200 ℃之间。

（8）焊缝焊后必须进行消氢处理，用电加热带将焊缝加热保温，温度控制在150～200 ℃，1 h后缓冷。

6 质量控制

（1）WDB620钢焊接的温度一定要控制好，焊前预热温度、层间焊接温度、焊后保温，温度严格按工艺要求执行。严格控制焊后缓冷速度。

（2）焊缝外观检验按DL5017－93规范表6.4.1进行，并填写《焊缝外观检测表》。

（3）无损探伤检验按DL5017－93规范进行超声波及X射线检验，高强钢一类焊缝检验比例为每条焊缝长度的100%，X射线抽查10%。二类焊缝超声波检验比例100%，X射线抽查5%。

（4）焊缝经探伤检验有超出规范缺陷，由探伤人员负责签发焊缝返修通知单，并由技术部门根据缺陷部位和缺陷性质制定合理的返修措施，返修结果填入《焊缝缺陷返修记录》。

7 焊接工艺效益分析

在本次压力钢管岔管制造安装工程中，通过加强人员、设备及工艺措施，焊前、焊中、焊后的质量控制提高了焊接质量，减少了焊缝的返修率，提高了经济效益，为WDB620这种钢材焊接积累了施工经验。

经权威部门检测所有焊缝的焊接质量都达到规范和设计要求，证明上述焊接方法和工艺规程经实践检验是可行的，可在WDB620钢材的焊接施工中应用。