Q460压力钢管全位置焊接

刘冬梅

【摘要】本文详细介绍了Q460压力钢管全位置焊接的焊接工艺。

【关键词】全位置；单面焊双面成形；热输入

1、工程概况

巴基斯坦阿莱瓦水电站位于巴基斯坦的阿莱瓦河和印度河上，是以发电为主的水电工程。本电站主要建筑物有溢流堰（坝）和进水口、引水压力隧洞、电站厂房及开关站等。阿莱瓦电站压力钢管主管段的总长度1820m；材质Q460C、钢管直径为2200mm，厚度22mm、每节长度3000mm。

2、焊接难点

压力钢管焊接的主要技术难点是：（1）压力钢管现场安装焊缝为全位置焊缝，因管外无法进行清根要采用单面焊双面成形的工艺。（2）仰焊位置焊接时，熔敷金属受重力作用易产生下坠形成凸形焊道，与坡口面形成夹角增加下层焊接的难度，操作不当易产生夹渣缺陷。针对上述问题，通过技术专题研究会，制定了以下措施：

坡口的间隙宽窄大小要一致。

凑合节以内径周长沿垂直中心线将钢管截面划分8等份，进行对称等份的方法焊接，减少焊接变形.

合理安排焊接顺序。

使用小电流多层多道快速焊接，热输入控制在15—40KJ/Cm。

焊接速度要均匀，焊接厚度要控制在每层不大于5mm。

选择高熔敷效率，大熔深的低氢焊接方法，减少焊接层数。

3、焊接性分析

Q460C钢是低合金高强结构钢钢材，碳当量较高，钢的焊接性较差，焊接时有较为明显的淬硬倾向，热影响区容易形成脆硬马氏体组织，同时塑性韧性下降耐应力腐蚀性能恶化，焊后易产生冷裂纹。

4、焊接工艺

焊接方法的选择

选用富氩气体熔化极保护焊（GMAW），理由如下：

①富氩气体保护焊熔敷效率高，利用其大熔深穿透打底层焊缝根部，让熔池金属在自由状态下结晶成形。

②对母体伤害小，富氩气体对金属熔池起到冶炼作用，减少焊缝扩散氢的存在。

（2）焊接材料的选择：ER55-G富氩焊丝，ER55-G焊丝是550-600MP2级低合金高强钢用镀钢气保护焊丝，适当钼的加入在提高焊缝拉伸强度的同时对焊缝的塑性韧性的影响较小。

（3）保护气：混合气体（Ar80+Co220）。保护效果好、飞溅少、焊缝成形美观。

（4）焊机：山东奥太焊机NBC-500S，焊接电源类型为晶闸管逆变式。

（5）坡口清理：组对前必须把坡口面及内外两侧100mm范围的油污、氧化皮、铁锈、油漆清理干净。

（6）组装对口：由起重工把凑合节吊装到安装的位置，进行对口调节，要求打底层焊接间隙为4mm，宽窄大小要一致。

（7）焊工：安排两个焊工对称焊接。

（8）选择预热温度

根据钢材的成分、厚度、结构刚性、接头形式、焊接材料，焊接方法及环境因素等综合考虑，并通过或焊接性试验来确定，每侧加热宽度不得小于板厚的5倍，加热宽度不得小于100mm。

（9）定位焊：定位焊点固前要进行预热，定位焊接时，每等份的焊接长度、厚度、电流的大小都严格控制，而且一定要按排好的焊接顺序进行施焊。

5、焊接操作过程

钢管凑合节的焊接顺序：焊前预热→打底层焊接→填充层焊接 →盖面层焊接→ 焊后热处理，保温2-3小时至冷却。

（1）焊前预热

施焊前要对焊缝进行预热，温度80-120℃，预热宽度要大于焊缝厚度的5倍，不小于100mm。

（2）打底层焊接

焊枪在焊缝坡口内擦划起弧，压低焊枪电弧迅速移动至第一点熔池起焊的位置，做轻微摆动使焊枪电弧划出半圆熔池金属填充第一点，同时手腕立既用一定轻柔力把熔池金属往坡口反变形方向外压送，当听到电弧推力发出，连续的“沙沙”的声音，并做小复度月牙形摆动向前送进。焊接时通过改变焊枪的角度让熔池金属保持在水平状态下自由成形结晶，收弧后不能马上移开焊枪，要延迟2-3秒让气体充分保护熔池并参与熔池金属冶炼，减少扩散氢的存在。熔池金属与坡口母材要充分熔合，以获得打底层优质的焊缝质量。

（3）填充层的焊接

打底层焊完后要测量层间温度是否在允许范围之内，使用砂轮机打磨整条焊缝表层的脱氧焊渣及坡口内外两侧的飞溅物，焊接下一等份引弧起焊前要把焊丝前端的焊球剪去，让焊接引弧容易，减少起弧的飞溅。在焊接过程中要注意焊丝伸出的长度10-15mm为宜，焊接时焊丝要做小月牙形左右摆动往前送进让熔池金属有一定时间与坡口两边熔合穿透。在焊接过程中要让熔池的熔敷金属在坡口两侧稍作停留（约1-2秒），并充分熔合焊透，同时要注意焊枪角度的变化要随焊接位置的改变而变换。

（4）盖面层的焊接

采用等份对称分段退跳焊法进行盖面焊接，盖面层焊接时焊缝要低于母材表面1-1.5mm，焊缝过深，使用电流大，容易产生咬边，焊脚应力集中。焊缝过浅，使用电流小，容易出现未熔合，未焊透，夹渣等缺陷。在焊接过程中送丝在熔池坡口两边缘稍作停留（约1-2秒），让熔池熔敷金属与母材充分熔合，避免焊缝表面出现未熔合、未焊透、夹渣、咬边等缺陷，要求盖面焊缝的熔敷金属纹路平滑光洁，上下宽窄一致，余高均匀。

6、焊缝质量检查及结果

按DL/T5017-2007《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》进行焊缝外观检查。用缝缝测量尺检测焊缝余高、高低差，采用5-10倍的放大镜检查焊缝表面有无裂纹，咬边、未熔合、气孔、夹渣和焊瘤等焊接缺陷，焊缝焊接完成放置24-48小时后，分两次进行100%UT初检及复检探伤检测，焊缝评定为一类Ⅰ级，按规定进行50%的射线复查，焊缝均为Ⅰ级合格，焊缝质量优良，结果达到设计要求和DL/T5017-2007验收标准。后委托第三方进行了UT超声波复查，对钢管焊缝进行100%UT超声波探伤复检，最后评定压力钢管焊缝为一类Ⅰ级。

7、结语

该焊接工艺针对Q460高强钢焊接性差，焊接质量难以保证的难题，在焊接方法、焊接顺序、焊接参数、焊接措施等方面进行了优化设计。根据该工艺进行焊接作业，经过检验，焊缝质量全部达标，从而验证了该工艺的可行性。为以后同类钢种的焊接提供了工艺以及经验。

参考文献：

[1]建筑鋼结构焊接技术---“鸟巢”焊接工程实践.戴为志.刘景凤著.2008.北京第一版.

[2]《特种设备焊工培训教程》.江文琳.张兆杰.黄河出版社.

[3]《气焊与切割》.王洪光.赵冰岩.洪伟编.2005年北京第一版.

[4]《金属结构》2000年第4期.中国水利发电工程学会金属结构专业委员会.