800MPa級(jí)高強(qiáng)鋼B780CF焊接工藝試驗(yàn)研究

【摘 要】B780CF是用于制作水電站壓力鋼管、鋼岔管和蝸殼的國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板。為了保證焊接生產(chǎn)的順利進(jìn)行，針對(duì)焊接冷裂紋敏感性，對(duì)B780CF進(jìn)行了一系列焊接試驗(yàn)研究，確定了該材料合理的焊接工藝方案。

【關(guān)鍵詞】B780CF；HS-80A；冷裂紋；橫向裂紋；焊接線能量

1、概述

近年來(lái)，我國(guó)在高水頭水輪機(jī)組的制造方面取得了很大的進(jìn)步，除了設(shè)計(jì)的優(yōu)化、工藝創(chuàng)新以外，制造材料的應(yīng)用也由原來(lái)500MPa強(qiáng)度級(jí)別鋼板逐步升級(jí)為600MPa強(qiáng)度級(jí)別、800MPa強(qiáng)度級(jí)別的鋼板。

我公司承制的某抽水蓄能電站4臺(tái)份水輪機(jī)，單機(jī)容量為375MW，額定水頭為447m。鋼岔管是引水系統(tǒng)的重要組成部分。其設(shè)計(jì)壓力為7.8Mpa，工地水壓試驗(yàn)壓力為9.8MPa。鋼岔管主管直徑為φ5M，支管直徑為φ3.5M。鋼岔管均采用B780CF鋼板，管壁厚度為60mm，月牙肋厚度為120mm。

B780CF是上海寶山鋼鐵公司生產(chǎn)的800MPa級(jí)高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼板，具有很高的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性，適合于水電站壓力鋼管、鋼岔管、蝸殼等承壓部件。但高強(qiáng)鋼的合金體系比較復(fù)雜，碳當(dāng)量較高，焊接性較差。針對(duì)B780CF的焊接性問題，采用熔化極氣體保護(hù)焊方法進(jìn)行了一系列焊接試驗(yàn)。

2、焊接試驗(yàn)用材料

2.1鋼材B780CF化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1和表2。

2.2焊接材料HS-80A的化學(xué)成分和熔敷金屬力學(xué)性能分別見表3和表4。

2.3焊接保護(hù)氣體：78%Ar+22%CO2。

3、焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)

焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)是以熱影響區(qū)最高硬度來(lái)相對(duì)地評(píng)價(jià)鋼材冷裂傾向的試驗(yàn)方法。焊接熱影響區(qū)最高硬度比碳當(dāng)量能更好的判斷鋼種的淬硬傾向和冷裂的敏感性，因?yàn)槠洳粌H反映了鋼種化學(xué)成分的影響，而且也反映了金屬組織的作用[2]。

試驗(yàn)按照GB 4675.5-1984的規(guī)定進(jìn)行，試板厚度20mm，2塊試板分別按照室溫和預(yù)熱溫度80℃進(jìn)行焊接。結(jié)果表面，室溫試件的熱影響區(qū)最高硬度值為HV335，預(yù)熱溫度試件為HV325。

4、斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)

斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)是最常用的金屬焊接性的試驗(yàn)方法，用于評(píng)定焊縫區(qū)和熱影響區(qū)冷裂傾向的試驗(yàn)方法[1]，通過(guò)不同預(yù)熱溫度條件下的裂紋率確定合適的焊接預(yù)熱溫度。

試驗(yàn)按照GB4675.1-1984《焊接性試驗(yàn)斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》規(guī)定執(zhí)行，根據(jù)鋼岔管管壁厚度確定試驗(yàn)試板厚度為50mm，并選取預(yù)熱溫度為20℃、50℃、80℃進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。由結(jié)果可以看出，預(yù)熱80℃時(shí)，三組試板的表面、根部、斷面均未發(fā)現(xiàn)裂紋。對(duì)于B780CF鋼板，使用熔化極氣體保護(hù)焊方法，在預(yù)熱溫度80℃以上，就不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。

5、焊接線能量試驗(yàn)

焊接線能量指單位長(zhǎng)度焊縫上的熱輸入能量。焊接線能量影響焊接接頭的冶金反應(yīng)和綜合力學(xué)性能，過(guò)大的線能量會(huì)使焊縫熱循環(huán)的高溫停留時(shí)間增大，降低焊接接頭的冷卻速度，并且延長(zhǎng)凝固時(shí)間。為了得到理想的力學(xué)性能，選取15KJ/cm、20KJ/cm、25KJ/cm、30KJ/cm四個(gè)線能量段進(jìn)行試驗(yàn)，試板厚度40mm，預(yù)熱溫度80℃。

試驗(yàn)結(jié)果如表6所示?？梢钥闯?，隨著焊接熱輸入量增加，焊縫金屬抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，采用過(guò)大的熱輸入量焊接有可能導(dǎo)致焊縫金屬的強(qiáng)度低于B780CF鋼的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；焊接線能量變化對(duì)焊接接頭-40℃沖擊性能影響不明顯，焊接接頭低溫韌性穩(wěn)定，處于較高的水平上。但考慮到實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的工況比較復(fù)雜，焊縫質(zhì)量有很多不可控因素，在實(shí)際焊接過(guò)程中的規(guī)范最好控制在20KJ/cm以下。

6、結(jié)論

6.1鋼材B780CF有一定的焊接冷裂傾向，采用熔化極氣體保護(hù)焊方法時(shí)，焊前預(yù)熱溫度80℃可以防止冷裂紋的產(chǎn)生。

6.2焊接B780CF時(shí)選用的焊絲HS-80A，工藝性能良好，力學(xué)性能滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，可以做為B780CF配套的焊材。

6.3為了防止焊接線能量對(duì)焊接接頭綜合力學(xué)性能的影響，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，B780CF采用熔化極氣體保護(hù)焊方法時(shí)控制線能量在20KJ/cm以下。