15MnVR钢在水电站压力钢管中的焊接关键技术文档.doc

15MnVR钢在水电站压力钢管中焊接技术
摘要：本技术是在云南保山苏帕河阿鸠田引水式电站压力钢管（该电站钢管采用15MnVR合金构造钢）焊接实验基本上及焊接施工过程中总结出来，在此强调了焊接该钢时应特别注意事项，对于其她普通性焊接规定，15MnVR钢焊接仍需遵守DL/T5017—93《压力钢管制造安装及验收规范》关于原则或规范规定。
核心词：钢管 材料 焊接 技术

1、材料
1.1、15MnVR钢（母材）
1.1.1、15MnVR钢特性
15MnVR钢属于正火状态下交货合金构造容器钢。（正火钢是指在固溶强化基本上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性一类低合金高强钢）
15MnVR钢化学成分表：
钢号
化  学  成  分（%）
C
Mn
Si
V
Ti
Nb
MO
N
RE加入量
S
P
15MnVR
≤0.18
1.2~1.6
0.20~0.6
0.04~0.12

≤0.035
≤0.035
15MnVR钢机械性能表：
钢号
抗拉强度
σb（MPa）
屈服点
σs（MPa）
伸长率
δ5≥（%）
1800弯曲实验

15MnVR
530~675
390
18
d=3a
注：d=弯心直径  a=试样厚度
此类钢是在16Mn基本上加入少量V（0.04%—0.12%）来达到细化晶粒和沉淀强化。此钢虽在正火状态下使用，但由于碳化钒分布形式和弥散强化限度与热轧温度、冷却速度有很大关系。因而它性能在热扎状态下会有较大波动，特别是板厚增长时更为严重。由于此钢实质上应属于沉淀强化类型钢，因而只有通过正火使晶粒和碳化钢均匀弥散析出后，才干获得较高塑性和韧性，因此这种钢在签定合同步规定正火状态下交货，并经Ⅱ级无损检查合格后交货。正火目是为了使这些合金元素能以细小化合物质从固溶体中析出，并同步起细化晶粒作用，是在提高强度同步，恰本地改进了钢材塑性和韧性，以达到最强综合性能。
1.1.2、15MnVR钢焊接性分析
通过15MnVR钢特性可以看出此钢材焊接较好。
本结重要通过工艺因素来描述15MnVR焊接性。（影响焊接性重要有材料因素、工艺因素、构造因素及使用因素。）15MnVR钢焊接性普通浮现两方面问题：一是焊接引起各种冶金缺陷，重要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能变化。
1.1.2.1、防止焊缝中热裂纹
从正火钢成分来看，此钢含碳量较低，含Mn量较高，Mn/S（含S元素多导致热裂纹）比能达到规定，具备较好抗热裂性能，正常状况下焊缝中不会浮现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部C、S含量偏高时，容易浮现热裂纹。在这种状况下，在焊接材料上采用含Mn较高焊丝和含SiO2较低焊剂，以此减少焊缝中含碳量和提高焊缝中含锰量，可解决热裂纹问题。在阿鸠田工程中使用焊丝H10Mn2、焊剂HJ431。
1.1.2.2、防止焊缝中冷裂纹
冷裂纹是焊接15MnVR钢时一种重要问题。（a）从材料自身考虑淬硬组织，是引起冷裂纹决定性因素，由于正火钢强度级别较高，合金元素含量较多。因而与低碳钢相比，焊接性差别就大。（b）碳当量与冷裂纹倾向关系。从前面分析材料淬硬倾向影响冷裂纹倾向，而淬硬倾向又重要取决于钢化学成分，其中以碳作用最为明显。因而，可以通过某些经验性碳当量公式来粗略地预计和对此不同钢材冷裂纹倾向，为了减少含C量，来提高15MnVR焊接性，但为了弥补强度损失必要添加某些合金元素V。但碳当量不能精准地判断冷裂纹产生与否，由于冷裂纹产生除了成分外还和其她因素关于。为了避免冷裂纹产生，就需要采用较严格工艺办法，在阿鸠田工程中严格控制线能量、焊前预热和焊后保温等办法。
1.1.2.3、再热裂纹
15MnVR钢，对再热裂纹不敏感。
1.1.2.4、层状扯破
产生层状扯破不受钢材种类和强度级别限制，扯破与板厚关于。由于阿鸠田电站采用15MnVR钢最薄厚度为δ=28mm，容易产生层状扯破。从钢板自身来说，重要取决于冶炼条件，钢板出厂必要进行无损检查，达到Ⅱ级探伤合格准予出厂。在阿鸠田工程施工过程中普通对厚度超过32mm，采用了150ºC预热，在整个施工过程中未见层状扯破现象。
1.1.3、15MnVR钢验收
15MnVR钢应符合《低合金高强度构造钢》GB/T1591-1994、GB6654—1996规定，并具备出厂合格证明书和质量保证书。15MnVR钢使用前按GB6654-1996容器板检查验收。钢板运送和存储应避免变形、锈蚀、损坏等。
1.2、15MnVR钢用焊接材料
1.2.1、焊接材料是决定焊接质量重要因素。焊接材料选取依照15MnVR力学性能、化学成分、接头钢性及钢管坡口形式和使用规定选用。在阿鸠田工程中手弧焊选用E5015焊条，焊丝选用H10Mn2，焊剂选HJ431。选用以上焊接材料必要具备出厂合格证明书和质量保证书。
1.2.2、焊条、焊丝及焊剂储存和保管应按JB3223-83《焊条质量管理规程》规定执行。
1.2.3、焊条和焊剂使用前严格按使用阐明书规定进行烘干；焊丝存储在干燥地方以防止受潮生锈。焊条、焊丝与焊剂有专人负责保管、烘干和发放，并有详细记录。
1.2.4、烘干后焊条和焊剂保存在100—150ºC恒温箱内，随取随用；每位焊工备有保温筒，使用过程中保温筒通电加热，焊条用一根取一根。焊条烘干后在保温筒内超过4h后应重新烘干，烘干次数不适当超过两次。
1.2.5、使用焊剂，按厂方提供使用规定执行。焊剂烘干后，取出焊剂放在密封容器中带到现场使用，烘干后焊剂在空气中4h以上重新烘干，烘干次数不超过3次。熔化过焊剂不再使用，使用过焊剂，要用米筛筛选，严防氧化皮等杂物混入，并经重新烘干才干再次使用。以防挥霍，焊剂可重复使用，但不断添加某些新烘干焊2、焊接人员
2.1、焊接人员除合格焊工外，配备专门焊接技术人员，焊接检查员和无损检查员。
2.2、参加15MnVR钢焊接施工人员和施工管理人员均进行技术交底，以理解15MnVR钢焊接特点、控制项目及控制办法。焊工按水利部原则进行培训和考核合格，持操作证书和级别证书合格焊工上岗。
3、焊接设备
焊接设备采用参数稳定、调节灵活和安全可靠直流逆变焊机。在施焊前，焊机上电流电压表必要检定合格，埋弧焊机采用MZ1—1000型，电源电缆必要满足大电流焊接规定。
4、下料
15MnVR钢划线时要避免使用样冲，不可留下有害痕迹，对岔管下料用样冲时，使用尖部较钝，并打在管壁内侧。15MnVR钢可用火焰下料，不容许用火焰预热和后热。采用半自动切割机办法下料，以保证切割面质量。手工火焰切割只对岔管管节难以用半自动切割机实现部位，切割后规定修磨平整。
5、坡口制备
由于阿鸠田电站钢管所用钢板为双定尺钢板，所如下料时就一起将坡口用半自动切割机制备，坡口型式、尺寸满足焊接及施工图纸规定。组对前，坡口面及坡口每侧10—20mm范畴内毛刺、铁锈、氧化皮、渣等要清除干净。
6、预热
通过度析15MnVR钢焊接性，此钢Ceq=0.47%（碳当量）超过0.4%。在阿鸠田工程中15MnVR钢对厚度δ〈32mm钢板，钢管焊接不需要预热，当管板厚度δ≥32mm时，钢管焊接需要用履带式电加热器进行100—150ºC加热0.5h。
7、焊接工艺
本焊接工艺卡片是在焊接实验及工艺评估基本上编制。
15MnVR钢焊接要点：
7.1、由于阿鸠田电站采用15MnVR钢钢板厚度最小为28mm，对于板厚≥32mm钢板焊接采用预热办法，预热温度在150℃-200℃。
7.2 焊接层间温度<200℃，焊接线能量15KJ/cm—55KJ/cm。
埋弧自动焊采用H10Mn2 ф5.0焊丝，直流反接，焊接电流700—750A，电弧电压36—39V，焊接速度22m/h。
7.3焊接工艺卡片
焊接工艺卡片见附录1
8、15MnVR钢焊接规定
1定位焊：定位焊普通焊在后焊侧坡口内，后焊坡口侧焊前必要清除定位焊道，定位焊长应为80mm，间距350mm。
2施焊前，应检查坡口组对质量，如发现尺寸超差或坡口及其附近有缺陷，应解决后放可施焊。
3焊工要严格按照15MnVR钢焊接工艺卡进行施焊。
4焊接检查员在施焊过程中必要严格监测和控制预热温度、道间温度及焊接线能量，并对每条焊缝进行实际施焊规范参数记录。
5禁止在非焊接部位母材上引弧，试电流及焊接暂时支架。
6除焊缝外，埋弧焊及手工焊均应设引弧板（引入板和引出板），其尺寸为：埋弧焊不不大于等于50×100mm2，手弧焊可恰当掌握。
7双面焊焊缝，一侧焊后，另一侧可采用碳弧气刨清根。清根时埋弧焊必要清到第一道缝完全露出，手工焊第一道缝必要完全清晰。碳弧气刨清根用压缩空气包括水分和油分加以限制。
8多层多道焊时，将每道溶渣、飞溅仔细清理，自检合格后，方可进行下一道焊接。焊缝表面尽量平滑，咬边、焊瘤、焊趾过度角过大部位要用细纱轮仔细打磨，使表面光滑平整。
9每条焊缝进行编号，并记下施焊焊工姓名或代号存档。禁止打焊工钢号。工卡具去除禁止用锤击法，应用碳弧气刨或气割在离管壁3mm以上外切除，禁止损伤母材，然后用砂轮打磨平整，并进行渗漏探伤和磁粉探伤，由于特殊因素半途停焊时，应及时进行后热保温，再次焊接时应所有进行预热后方可按原焊缝规定进行焊接。
9焊件矫形及后热消除应力
9.1、焊件矫形应用机械办法进行，不得热矫形。
9.2、消除焊接应力，采用加热到250—300℃后热办法，保温1.2h—1.8h，分阶段降温办法。
10、焊缝质量检查
10.1、焊缝焊后，一方面进行外观检查。外观检查合格后方可进行内部质量检查，内部质量无损检查在焊缝焊完48h后进行。
10.2、焊缝外观质量及内部质量检查按GB3323—1987《钢熔化焊接对接接头射线照相和质量分级》、GB11345—1989《钢焊缝手工超声波探伤办法和探伤成果分级》、JB3965—1985《钢制压力容器磁粉探伤》等规范规定进行。
11、修补
手工焊或埋弧焊如果浮现了问题就要进行修补，修补注意如下几条：
11.1、焊件表面被电弧、碳弧气刨等损伤处必要用砂轮打磨、平滑过度，然后应进行渗漏或磁粉探伤。打磨深度超过板厚10%或不不大于2mm时，应进行焊接修补。
11.2、焊缝内部超标缺陷，表面裂纹修补前，应分析因素，指定切实可行修补方案。
11.3、局部焊缝修补时预热应在修补处四周15mm范畴内进行，预热温度控制在120—170ºC。
11.4、焊缝缺陷可用碳弧气刨，砂轮机打磨办法清除，不容许用电弧或气刨火焰熔除，用碳弧气刨清除后再用砂轮机清除渗碳层。焊缝缺陷清除后，不容许有毛刺和凹痕，坡口底部应圆滑过渡。
11.5、焊缝缺陷修补施焊与原焊缝相似，焊接修补后要后热，后热温度与原焊缝相似。
11.6、缺陷修补只容许一次，同一部位修补超过一次应经焊接技术负责人研究批准后方可进行。
11.7、修补后按原焊缝质量规定，检查办法对修补处及其附近进行100%检查。其中内部质量检查应再修补完毕48h后进行。
12、结束语
当前，国内水电建设突飞猛进，不但机组发电容量增大，钢管直径越来越大，其建设项目比重大副度增长，管线压力越来越高，管线钢级别40公斤级、60公斤级、70公斤级等高强钢使用日趋广泛。我局长期致力于水电站压力钢管制造，进行多方面研究开发工作，为国内水电事业建设作出了贡献。

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