玛依纳水电站WDB620焊接工艺试验

陈 恒，周友龙，曾 竞，周长平，黄菁婧

（1.西南交通大学 材料科学与工程学院，四川 成都 610031；2.中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072）

玛依纳水电站WDB620焊接工艺试验

陈 恒1，周友龙1，曾 竞2，周长平2，黄菁婧1

（1.西南交通大学 材料科学与工程学院，四川 成都 610031；2.中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072）

微合金低碳贝氏体钢WDB620是60 kg级新型低焊接裂纹敏感性高强度钢，在大型水电站压力钢管制造中应用较广泛。针对42 mm的WDB620厚板焊接接头进行手工焊性能试验研究，分析焊接接头的力学不均匀性，采用微观金相技术分析两种焊接接头的微观组织。结果表明，在该焊接工艺条件下，预热80℃和不预热的焊接接头强度、冲击功等性能均满足GB/T5017-2007的标准要求。未预热的焊接接头过热区出现了少量的回火马氏体组织，导致热影响区硬度升高、冲击韧性下降。

水电站；WDB620；机械性能；微观组织

0 前言

微合金低碳贝氏体钢WDB620是国产新一代低焊接裂纹敏感性高强钢，其性能完全满足大型钢结构对低焊接裂纹敏感性钢的要求，可以替代同级别进口的CF62钢，已在压力容器水电站压力钢管等结构中较为广泛的应用[1]。由于这类钢的碳当量Ceq和焊接冷裂纹敏感系数Pcm很低，在保证具有良好强韧性的同时，具有优良的焊接性（称之为焊接无裂纹钢）[2]，哈萨克斯坦玛依纳大型水电站压力钢管工程中大量采用WDB620钢。在此针对WDB620的厚板焊接进行了相关工艺试验研究，对保证该工程焊接质量具有较高的应用价值，对其他大型水电厚板的焊接质量也具有较高的借鉴意义。

1 试验方法

1.1 试验材料及焊接性分析

试验用母材为WDB620钢，板厚42mm，WDB620钢的化学成分如表1所示。

根据WDB620化学成分，结合式（1）～式（3）可以计算出该钢的冷裂纹敏感系数和推荐预热温度。

表1 WDB620化学成分 %

结算结果为Pcm＝0.218%，Pc=0.296，T0=35℃。该WDB620钢的冷裂纹敏感系数Pcm只有0.218%，焊接性很好，焊前可以不预热或者低温预热防止根部裂纹[3]。但是由于该试板厚度达到了42 mm，计算出理论焊前预热温度为35℃。所以试验时将预热温度定为80℃进行工艺对比试验。

1.2 试验方法

1#试件采用氧-乙炔焰进行预热，预热温度80℃；2#试件不预热。采用焊条电弧焊（SMAW），焊条型号CHE62CFLH（φ4 mm），层间温度50℃～180℃。试件坡口形式为不对称X型坡口，焊接接头如图1所示，焊接参数见表2。

图1 焊接示意

表2 焊接参数

焊后24 h使用CTS-22超声波探伤仪和QQH-3505X射线探伤仪进行焊接质量无损检测。对焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击、硬度和金相试验。

2 试验结果和分析

2.1 焊接接头力学性能

对焊接试板进行超声波探伤和X射线探伤检测，两块试板均无缺陷。对焊接试件进行力学性能试验，试验结果如表3所示。

表3 力学性能试验结果

由表3可知，预热80℃焊接试样和不预热焊接试样的抗拉强度相当。WDB620钢在-20℃时的冲击吸收功有较大的储备，表明WDB620钢种的低温韧性、抗冲击性能好，两组试验的热影响区冲击值均高于焊缝区冲击值，1#试件热影响区的冲击值大于2#试件的冲击值。两组焊接接头的强度均满足GB/T5017-2007的标准要求。

2.2 接头硬度分布

焊接接头的硬度分布曲线如图2所示。

图2 试件中部硬度曲线

由于厚板采用了多层多道焊，使每个焊接接头各区域之间组织和性能有差异。后焊道对前焊道有一定的热处理作用，对前焊道的组织和力学性能的不均匀性有所改善，但是从试验结果看出，1#试件硬度和2#试件硬度曲线存在明显的差异。2#试样的焊接热影响区最高硬度HV10=287，而1#试样的焊接热影响区最高硬度HV10下降到256。在焊缝区，1#试件的硬度稍高于2#试件。

2.3 焊接接头显微组织分析

超低碳贝氏体钢组织稳定性强，在焊接过程中晶粒长大的倾向较小，特别是在快速加热、大线能量输入情况下，其热影响区能保持较好性能[4]。两个试件中部焊道的焊缝组织如图3、图4所示。

图3 1#试件焊缝组织（400×）

图4 2#试件焊缝组织（400×）

两个试件的焊缝组织均由先析铁素体、颗粒状回火索氏体、少量的珠光体和少量的粒状贝氏体组成。正常情况下1#试件经过预热，冷却速度慢，铁素体含量应该高于2#试件，但是金相结果显示2#试件焊缝组织的铁素体含量要高于1#试件，可能是由于现场焊接过程中2#试件上层焊道焊接控制的层间温度高于1#试件上层焊道焊接控制的层间温度，使得该区域冷却速度降低，造成2#试件中部焊道焊缝区的铁素体含量较高，降低了该区域的硬度。

1#与2#试件过热区的微观组织如图5、图6所示。

两个试件的微观金相组织主要由贝氏体组成，相互平行的贝氏体板条构成贝氏体束，粗晶区晶内的贝氏体束具有不同的生长方向，各贝氏体束边界明显。2#试件微观金相图中有少量的回火马氏体，导致2#试件HAZ区的维氏硬度值达到HV10=280，高于1#试件HAZ区的硬度。由于出现了少量回火马氏体组织，导致2#试件的冲击韧性低于1#试件。

图5 1#试件过热区（200×）

图6 2#试件过热区（200×）

3 结论

（1）WDB620的焊接性很好，在该焊接工艺条件下，预热和不预热试样的力学性能均满足GB/ T5017-2007的标准要求，建议厚板焊接时可不预热，以降低生产成本。

（2）焊前预热80℃的1#试件的冲击韧性高于没有预热的2#试件；1#试件热影响区的硬度也低于2#试件热影响区硬度，并且1#试件的硬度分布更加均匀。

（3）2#试件过热区微观组织出现少量的回火马氏体，导致硬度高于1#试件，冲击韧性低于1#试件。

[1]粟皓维，李春云.国产WDB620高强钢在冶勒水电站中的应用[J].水电站设计，2006（01）：59-61.

[2] CSubramanian.Wearmapsfortitaniumnitride coatings depositedoncopperandbrasswithelectrolessnickelinterlayers[J]. Wear，2000，241（2）：228-233.

[3]张路.WDB620焊接性试验研究[J].宽厚板，2005（02）：11-15.

[4]贺信莱，王学敏，杨善武，等.微量铌在现代超低碳贝氏体钢中的应用（一）[N].世界金属导报，2002-11-26006.

Research on welding technology of WDB620 steel for Moinak hydropower station

CHEN Heng1，ZHOU Youlong1，ZENG Jing2，ZHOU Changping2，HUANG Jingjing1
（1.Materials Science and Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；2.Sionhydro Bureau 10 Co.，Ltd.，Chengdu 610072，China）

High strength low carbon bainitic steel WDB620 made in China is a kind of 60kg lightweight steels which is a new highstrength steel with low susceptibility to welding crack.It has been widely used in large hydropower stations,such as large diameter penstock.In this paper，the mechanical property of the Manual welding joints of the 42 mm WDB620 thick plate is studied. Meanwhile，the microscopic of metallurgical of the two kinds of joints are observed.The results show that under the conditions of the welding specifications，the mechanical properties such as tensile and impact of welding joints got at 80℃preheating and no preheating could meet the requirements of standard（GB/T5017-2007）.A small quantity of tempered martensite appears in overheated zone of nonpreheating joints，this leads to the increase of the hardness and the decline of the toughness.

hydropower；WDB620；mechanical property；microstructure

TG457

：B

：1001-2303（2015）10-0113-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.10.24

2015-04-09；

：2015-05-04

国家大学生创新创业训练计划项目（201310613006）

陈 恒（1990—），男，江苏人，在读硕士，主要从事焊接工艺、搅拌摩擦焊研究及工艺的研究工作。