水电站排砂钢管复合钢管的焊接（2）

2.2 复合钢板的下料对焊接质量的影响

复合钢板的下料采用等离子切割机进行，为了减少复层材料在下料时变质部分并保证过渡层部位切割平整，无错台产生，经对比实验，得出如下结论：钢板复层面朝上时进行切割效果最佳。为保证焊缝的焊接质量，必须用砂轮机磨除坡口部位的渗碳层，防止焊接时出现未熔等焊接缺陷。

2.3 复合钢板基层及复层的焊接均为同种钢的焊接，过渡层的焊接实质上是异种钢的焊接

由于不锈钢层较基层具有低的热导率(仅为基层的1/2)，高的电阻(为基层的4倍)和较大的线膨胀系数(为基层的1.3倍)，因而过渡层焊接会引起较大的焊接变形及应力，导致焊接裂纹的产生。为保证焊缝成分的合理性，获得满意的焊接接头，必须做到：①正确选择超合金化的焊材。倘若焊接材料选择不合适，不锈钢焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬硬组织，或由于铬、镍侵入碳钢基层而严重脆化，成为产生裂纹的原因，因此在焊接不锈复合钢的过渡层时，要使用含铬，镍量多的焊接材料，使之即使受到碳钢基层的稀释，也不会产生马氏体淬硬组织。②严格控制冷却速度，适当的控制熔合比。冷却速度要保持在一个适当的范围内，使熔化金属有足够的时间生成足够的奥氏体。冷却速度由焊接输入量、预热温度、道间温度和母材厚度决定，特别在焊接大型工件时，母材热影响区的冷却速度低，会延长引发脆性的温度区间的停留时间，焊缝和近缝区的母材在高温区的停留时间也随之延长，不利于焊接熔池的控制，所以要使用小的焊接热输入量、道间温度。因双相不锈钢的导热系数小，热量不易散失，很容易形成所需尺寸的熔池，小的焊接热输入量可以避免焊接接头产生过热现象，使基层一侧的熔深较浅，减少焊缝金属的稀释和缩小基层合金化，同时也可防止热影响区晶粒粗大与单相铁素体化。焊接过程中，由于不锈钢钢芯电阻大(约为碳钢的4～5倍)，易造成药皮发红开裂，影响焊接工艺的稳定和焊接质量，因此应尽量选择小的焊接电流。

3 排砂钢管复合钢板的性能

排砂钢管复合钢板的基层为Q345C，复层是00Crl8Ni5Mo3Si2，在钢板制造厂采用爆炸轧制复合成型，00Crl8Ni5Mo3Si2是一种铁素体奥氏体双相不锈钢，它是在超低碳铁素体基不锈钢基础上发展起来的具有特殊抗点蚀、抗应力腐蚀的双相不锈钢，在常温下为双相组织，铁素体占60%，奥氏体占40%。钢板的化学成分及力学性能见表l与表2，复合板的冷弯性能应符合GB8165-87的有关规定。

表1 钢板的化学成分

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo

00Crl8Ni5MoSi2 ( 复层)	<0.035	1.3-2.0	1.0-2.0	<0.035	<0.03	18-19.5	4.5-5.5	2.5-3.0
	C	Si	Mn	P	S	V	Nb	Ti
Q345C基层)	≤0.20	0.55	1.0-1.6	<0.035	<0.035	0.02-0.15	0.015-0.060	0.02-0.20

表2 复合板的力学性能

抗拉强度σb (Mpa)	屈服强度σs (Mpa)	抗剪强度στ (Mpa)	粘结强度 (Mpa)	伸长率δ5 （%）	V型缺口冲击功Akv (J)

490-640	>325	≥210	≥280	≥21	≥27

4 焊接工艺评定

4.1 焊接方法的选择

复合钢板常用的焊接方法有焊条电弧焊、钨极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊等，根据三峡电站排砂管的结构型式，并结合施工单位的焊接设备及焊工技能状况，从施工进度及经济方面考虑，决定采用焊条电弧焊，焊条电弧焊可以满足异种钢熔合比小，稀释率低的焊接要求。

4.2 焊接材料

复合钢板基层Q345C的焊接选用J507牌号焊条，直径为3.2mm。过渡层的焊接材料选择难度大，通过比较焊条的化学成分，并运用不锈钢组织图(舍菲勒图)进行分析，最终选定奥氏体不锈钢焊条A312作为过渡层的焊接，A312牌号焊条是钛钙药皮的不锈钢焊条，由于焊缝金属中含有钼，故比A302有更好的耐蚀、抗裂及氧化性能，焊接工艺性能良好，熔敷金属的化学成分及力学性能见表3、表4。因碳对不锈钢的耐蚀性能影响很大，为保证排砂钢管内缝耐蚀性不低于复层，复层00Crl8Ni5Mo3Si2的焊材熔敷金属的含碳量应低于母材，经对比分析，选定A042焊条作为复层的焊接，熔敷金属的化学成分及力学性能见表3、表4。

表3 熔敷金属化学成分　　（%）

	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	Cu	S	P

A312	≤0.12	0.5～2.5	≤0.90	22～25	12～14	2.0～3.0	≤0.75	≤0.030	≤0.040
A042	≤0.04	0.5～2.5	≤0.90	22～25	12～14	2.0～3.0	≤0.75	≤0.030	≤0.040

表4 熔敷金属力学性能

	抗拉强度σb(Mpa)	伸长率δ（%）

A312	550	25
A042	540	25

4.3 坡口型式的确定

根据排砂管的受力要求，结合现场的具体施工条件，我单位在保证焊缝质量的前提下，应尽量减少焊缝金属的填充量，尤其是复层侧焊缝的填充量，并结合过渡层的焊接特点，选用如图l所示的非对称X型坡口型式。

4.4 焊接设备

焊接设备选用ZX7 400H逆变式弧焊电源，焊接时采用直流反接。

4.5 焊接工艺评定

双相不锈钢复合板为我单位首次焊接，依据DL 5017 93《压力钢管制造安装及验收规范》、GB/T13148-9《不锈钢复合钢板焊接技术条件》及JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》等标准的要求，并结合现场施工的实际情况，工艺评定项目见表5。

表5 焊接工艺评定项目一览表

项目序号	母材	厚度mm	接头型式	焊接材料	焊接位置

1 2 3 4	Q345C ＋ 00Cr18Ni5 Mo3Si2	20＋4 20＋4 20＋4 20＋4	非对称X型非对称X型非对称X型非对称X型	J507（基层） A312（过渡层） A042(复层)	平焊立焊横焊焊仰

工艺评定试验包括接头的拉伸试验、弯曲试验、硬度试验及冲击韧性试验和复材焊缝金相试验，均满足设计及规范要求。

4.6焊接工艺参数

焊接工艺参数见表6。

表6 焊接工艺参数

焊接位置	焊材及规格(mm)	焊接电流(A)	电弧电压(V)	焊接速度(mm/s)	焊接热输入量(KJ/cm)

平焊	J507/φ3.2	125～135	23～25	1.8～2.2	<30
	A312/φ3.2	95～110	22～24	2.5～3.0	<18
	A042/φ3.2	90～110	22～24	3.0～3.5	<18
立焊	J507/φ3.2	110～125	23～25	1.5～2.0	<30
	A312/φ3.2	95～110	22～24	1.5～2.0	<18
	A042/φ3.2	90～105	22～24	2.0～2.5	<18
横焊	J507/φ3.2	120～135	23～25	1.5～2.5	<30
	A312/φ3.2	90～110	22～24	1.5～3.0	<18
	A042/φ3.2	90～110	22～24	1.5～3.0	<18
仰焊	J507/φ3.2	110～125	23～25	1.5～2.2	<30
	A312/φ3.2	95～110	22～24	2.0～3.0	<18
	A042/φ3.2	90～105	22～24	2.0～3.0	<18