1000MPa級高強鋼焊接性及焊接工藝

賈 寧

（蘭州石化職業(yè)技術學院，蘭州 730060）

1000MPa級高強鋼焊接性及焊接工藝

賈 寧

（蘭州石化職業(yè)技術學院，蘭州 730060）

以水電站作為研究背景，對1000MPa高強鋼焊接性及焊接工藝進行研究，主要目的是希望能夠逐漸提高1000MPa級高強鋼焊接及焊接工藝水平，使其能夠應用于各種新材料。

高強鋼 焊接性 抗裂性 最高硬度 熱輸入

引言

伴隨著我國水電行業(yè)的快速發(fā)展建設，高水頭電站數(shù)量逐漸增加，各種高壓力鋼管應用越加廣泛?，F(xiàn)在，我國長江擁有高水頭電站數(shù)量已超過30個，其中以500萬千瓦以上的水電站為主。伴隨著我國用電數(shù)量的不斷增加，為了能夠完善電網(wǎng)，水電站作為電網(wǎng)調峰主要途徑，高水頭大容量抽水蓄能電站建設數(shù)量逐漸增加，以滿足電網(wǎng)對于水電站的實際需求。我國水電未來發(fā)展方向主要集中在高水頭及大容量方面，為了能夠降低水電站建設成本，滿足工程的成本要求，新型材料將是重點研究內容。

1 研究的總體思想、方法、步驟

1.1 總體思路

本文對水電站1000MPa級高強鋼焊接性及焊接工藝進行研究，選擇日本住友金屬株式所生產(chǎn)的調質高強鋼，使用的焊接材料是日本生產(chǎn)公司生產(chǎn)，焊條是我國大西洋焊條企業(yè)所生產(chǎn)。開展有關研究工作前，需要對有關材料的熱加工性能進行分析研究，其中包括有關材料的焊接性能及熱切割性能，且開展有關研究中還需對該材料的焊接工藝進行評價，以期為該材料的今后應用提供一定依據(jù)。

1.2 研究方法及步驟

本文對1000MPa級高強鋼焊接性及焊接工藝的研究試驗共分7個部分，前3個部分就能夠完成有關試驗工作。具體的，第一部分進行抗裂性試驗，第二部分進行最高硬度試驗及焊接熱輸入試驗，第三部分對焊接工藝進行評定試驗[1]。

2 材料性能研究試驗內容

2.1 主要試驗材料

（1）鋼板：試驗過程中所選擇的鋼板由日本住友企業(yè)所生產(chǎn)，整個鋼板厚度約為48mm。

（2）其他材料：試驗過程中使用的其他材料主要包括三種，分別是焊條、氣體保護焊焊絲及埋弧焊焊絲，有關材料的牌號及規(guī)格如表1所示。

表1 有關材料牌號及規(guī)格

2.2 焊接工藝性試驗

2.2 .1 斜Y形坡口裂紋試驗

對焊條電弧焊及氣體保護焊穩(wěn)定確定時，整個試驗在焊接裂紋試驗有關規(guī)章制度下開展。試驗鋼板加工后，需要按照有關規(guī)定進行拼裝焊接，分別使用進口焊條及國產(chǎn)焊條進行有關試驗，實驗溫度分別是50℃、80℃、100℃。氣體保護焊的溫度分別是80℃、100℃、120℃。對試驗參數(shù)結果進行研究發(fā)現(xiàn)，母材對于裂紋的靈敏度較低，所需要的溫度也較低。具體的，焊條電弧焊的溫度為100℃，氣體保護焊的溫度為120℃。

2.2 .2 埋弧焊焊接

確定埋弧焊溫度過程中，有關試驗需要按照《對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗方法》開展。試驗鋼板在加工處理后，需要根據(jù)有關規(guī)定進行安裝焊接，溫度分別是50℃、80℃。在對于實驗結果參數(shù)研究后發(fā)現(xiàn)，只要使用50℃就能夠完成埋弧焊焊接[2]。

2.2 .3 最高硬度測試

在開展最高硬度測試中，通過焊條電弧焊焊接的方式。焊接電流為170A，電壓為24V，速度為150mm/min，溫度為80℃，對兩個試件進行焊接。在對于焊接熱最高硬度測試中，需要根據(jù)有關規(guī)定開展。實驗結果表明，室溫狀態(tài)下，試件在焊接過程中最高硬度不會受到任何影響，不會造成試件出現(xiàn)接頭彎曲等問題。

2.2 .4 焊接熱輸入試驗

焊接熱輸入對焊接熱循環(huán)會造成嚴重影響。焊接過程中的焊接材料及方法確定后，焊接接頭的組織和性能主要受熱輸入的影響。試驗過程中，分別使用三種焊接方式，分別是焊條電弧焊、氣體保護焊及埋弧焊。通過這三種焊接方法對焊接熱輸入開展有關試驗，進而對焊接材料最佳輸熱范圍進行確定[3]。

研究發(fā)現(xiàn)，熱輸入不斷提高過程中，材料接頭狂拉強度逐漸減小，熔合線對沖擊吸收能力也顯著減小。造成這種情況的主要原因是熱輸入增加過程中，焊接熱循環(huán)在溫度改變上所需要的時間較長，特別是循環(huán)過程中的冷卻時間，進而對晶粒的成長造成嚴重影響，組織結構發(fā)生改變，焊接性能降低，熱影響區(qū)域增大。根據(jù)實驗結果及有關研究文獻，焊接熱應該為小于或者等于45j/cm。

2.3 Z向性能試驗

在鋼板厚度較大的結構焊接中，最為關鍵的一個問題就是鋼板是否出現(xiàn)層狀撕裂。造成鋼板出現(xiàn)層狀撕裂的主要原因是鋼板在生產(chǎn)過程中會存在一定數(shù)量的雜質，進而讓鋼板整體呈現(xiàn)層狀分布。鋼板厚度不斷提高過程中，層狀出現(xiàn)撕裂的可能性高。由于考慮到鋼管月牙肋和Z向拉力，所以對鋼板的Z向拉伸及斷口進行分析研究，并以此作為判斷材料是否存在層狀撕裂的可能性。

Z向性能試驗過程，都按照《金屬材料室溫拉伸試驗方法》開展，試驗樣本共3個，平均斷面收縮率為61.2。根據(jù)抗層狀撕裂標準分類規(guī)規(guī)定，本試驗結果認定該鋼材擁有良好的抗層狀撕裂性能，符合我國有關規(guī)定要求[4]。

選取一個試樣進行拉伸后，通過掃描電鏡對端口形狀進行觀察，發(fā)現(xiàn)斷口在低倍鏡下呈現(xiàn)杯錐狀。斷口主要由兩部分構成，分別是纖維區(qū)和剪切唇區(qū)。纖維區(qū)位于斷口的中間部分，剪切唇區(qū)位于斷口的邊緣。在對斷口局部特征觀察中發(fā)現(xiàn)，斷口具有十分明顯的剪切韌窩特點，說明整個斷口屬于韌性斷口。

3 結論

本次實驗室根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)需求，從科學管理的角度出發(fā)，試驗前就進行了大量準備工作，最大程度保證試驗過程中每一項內容都真實可靠。研究發(fā)現(xiàn)，高水頭大直徑鋼管材料在實際應用中擁有良好的性能，且為1000MPa級鋼板在水電站內的應用提供了一定依據(jù)。為了能夠讓水電工程在實際建設中應用新型材料，推動我國水電工程的進一步建設，對高水頭大直徑光管進行研究分析，提高對鋼管的了解程度，推動該材料的廣泛應用，有效降低鋼管在實際生產(chǎn)及安裝過程中的難度，進而顯著降低水電工程施工建設成本，縮短工程建設時間，增加社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]劉占斌.RPC超細組織鋼的焊接物理冶金研究[D].武漢：華中科技大學，2015.

[2]王克魯，魯世強，康永林.微合金低碳貝氏體鋼形變奧氏體連

續(xù)冷卻轉變行為[J].金屬熱處理，2014，33（10）：17-19. [3]高惠臨，董玉華．管線鋼焊接局部脆化區(qū)斷裂行為的研究[J].

機械工程材料，2001，25（7）：26-29.

[4]陳茂愛，武傳松，楊敏.Ti-V-Nb微合金鋼第二相粒子在焊接熱循環(huán)過程中的變化規(guī)律[J].金屬學報，2014，40（2）：148-154.

Weldability and Eelding Process of 1000MPa High Strength Steel

JIA Ning
(Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology, Lanzhou 730060)

Based on the research background of the hydropower station, the welding process and welding procedure of 1000MPa high strength steel were studied.

high strength steel, weldability, crack resistance, maximum hardness, heat input