瑪依納水電站W(wǎng)DB620焊接工藝試驗(yàn)

陳 恒，周友龍，曾 競(jìng)，周長(zhǎng)平，黃菁婧

（1.西南交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072）

瑪依納水電站W(wǎng)DB620焊接工藝試驗(yàn)

陳 恒1，周友龍1，曾 競(jìng)2，周長(zhǎng)平2，黃菁婧1

（1.西南交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072）

微合金低碳貝氏體鋼WDB620是60 kg級(jí)新型低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度鋼，在大型水電站壓力鋼管制造中應(yīng)用較廣泛。針對(duì)42 mm的WDB620厚板焊接接頭進(jìn)行手工焊性能試驗(yàn)研究，分析焊接接頭的力學(xué)不均勻性，采用微觀金相技術(shù)分析兩種焊接接頭的微觀組織。結(jié)果表明，在該焊接工藝條件下，預(yù)熱80℃和不預(yù)熱的焊接接頭強(qiáng)度、沖擊功等性能均滿足GB/T5017-2007的標(biāo)準(zhǔn)要求。未預(yù)熱的焊接接頭過熱區(qū)出現(xiàn)了少量的回火馬氏體組織，導(dǎo)致熱影響區(qū)硬度升高、沖擊韌性下降。

水電站；WDB620；機(jī)械性能；微觀組織

0 前言

微合金低碳貝氏體鋼WDB620是國(guó)產(chǎn)新一代低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)鋼，其性能完全滿足大型鋼結(jié)構(gòu)對(duì)低焊接裂紋敏感性鋼的要求，可以替代同級(jí)別進(jìn)口的CF62鋼，已在壓力容器水電站壓力鋼管等結(jié)構(gòu)中較為廣泛的應(yīng)用[1]。由于這類鋼的碳當(dāng)量Ceq和焊接冷裂紋敏感系數(shù)Pcm很低，在保證具有良好強(qiáng)韌性的同時(shí)，具有優(yōu)良的焊接性（稱之為焊接無(wú)裂紋鋼）[2]，哈薩克斯坦瑪依納大型水電站壓力鋼管工程中大量采用WDB620鋼。在此針對(duì)WDB620的厚板焊接進(jìn)行了相關(guān)工藝試驗(yàn)研究，對(duì)保證該工程焊接質(zhì)量具有較高的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)其他大型水電厚板的焊接質(zhì)量也具有較高的借鑒意義。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料及焊接性分析

試驗(yàn)用母材為WDB620鋼，板厚42mm，WDB620鋼的化學(xué)成分如表1所示。

根據(jù)WDB620化學(xué)成分，結(jié)合式（1）～式（3）可以計(jì)算出該鋼的冷裂紋敏感系數(shù)和推薦預(yù)熱溫度。

表1 WDB620化學(xué)成分 %

結(jié)算結(jié)果為Pcm＝0.218%，Pc=0.296，T0=35℃。該WDB620鋼的冷裂紋敏感系數(shù)Pcm只有0.218%，焊接性很好，焊前可以不預(yù)熱或者低溫預(yù)熱防止根部裂紋[3]。但是由于該試板厚度達(dá)到了42 mm，計(jì)算出理論焊前預(yù)熱溫度為35℃。所以試驗(yàn)時(shí)將預(yù)熱溫度定為80℃進(jìn)行工藝對(duì)比試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1#試件采用氧-乙炔焰進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度80℃；2#試件不預(yù)熱。采用焊條電弧焊（SMAW），焊條型號(hào)CHE62CFLH（φ4 mm），層間溫度50℃～180℃。試件坡口形式為不對(duì)稱X型坡口，焊接接頭如圖1所示，焊接參數(shù)見表2。

圖1 焊接示意

表2 焊接參數(shù)

焊后24 h使用CTS-22超聲波探傷儀和QQH-3505X射線探傷儀進(jìn)行焊接質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)。對(duì)焊接接頭進(jìn)行拉伸、彎曲、沖擊、硬度和金相試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 焊接接頭力學(xué)性能

對(duì)焊接試板進(jìn)行超聲波探傷和X射線探傷檢測(cè)，兩塊試板均無(wú)缺陷。對(duì)焊接試件進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，預(yù)熱80℃焊接試樣和不預(yù)熱焊接試樣的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)。WDB620鋼在-20℃時(shí)的沖擊吸收功有較大的儲(chǔ)備，表明WDB620鋼種的低溫韌性、抗沖擊性能好，兩組試驗(yàn)的熱影響區(qū)沖擊值均高于焊縫區(qū)沖擊值，1#試件熱影響區(qū)的沖擊值大于2#試件的沖擊值。兩組焊接接頭的強(qiáng)度均滿足GB/T5017-2007的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 接頭硬度分布

焊接接頭的硬度分布曲線如圖2所示。

圖2 試件中部硬度曲線

由于厚板采用了多層多道焊，使每個(gè)焊接接頭各區(qū)域之間組織和性能有差異。后焊道對(duì)前焊道有一定的熱處理作用，對(duì)前焊道的組織和力學(xué)性能的不均勻性有所改善，但是從試驗(yàn)結(jié)果看出，1#試件硬度和2#試件硬度曲線存在明顯的差異。2#試樣的焊接熱影響區(qū)最高硬度HV10=287，而1#試樣的焊接熱影響區(qū)最高硬度HV10下降到256。在焊縫區(qū)，1#試件的硬度稍高于2#試件。

2.3 焊接接頭顯微組織分析

超低碳貝氏體鋼組織穩(wěn)定性強(qiáng)，在焊接過程中晶粒長(zhǎng)大的傾向較小，特別是在快速加熱、大線能量輸入情況下，其熱影響區(qū)能保持較好性能[4]。兩個(gè)試件中部焊道的焊縫組織如圖3、圖4所示。

圖3 1#試件焊縫組織（400×）

圖4 2#試件焊縫組織（400×）

兩個(gè)試件的焊縫組織均由先析鐵素體、顆粒狀回火索氏體、少量的珠光體和少量的粒狀貝氏體組成。正常情況下1#試件經(jīng)過預(yù)熱，冷卻速度慢，鐵素體含量應(yīng)該高于2#試件，但是金相結(jié)果顯示2#試件焊縫組織的鐵素體含量要高于1#試件，可能是由于現(xiàn)場(chǎng)焊接過程中2#試件上層焊道焊接控制的層間溫度高于1#試件上層焊道焊接控制的層間溫度，使得該區(qū)域冷卻速度降低，造成2#試件中部焊道焊縫區(qū)的鐵素體含量較高，降低了該區(qū)域的硬度。

1#與2#試件過熱區(qū)的微觀組織如圖5、圖6所示。

兩個(gè)試件的微觀金相組織主要由貝氏體組成，相互平行的貝氏體板條構(gòu)成貝氏體束，粗晶區(qū)晶內(nèi)的貝氏體束具有不同的生長(zhǎng)方向，各貝氏體束邊界明顯。2#試件微觀金相圖中有少量的回火馬氏體，導(dǎo)致2#試件HAZ區(qū)的維氏硬度值達(dá)到HV10=280，高于1#試件HAZ區(qū)的硬度。由于出現(xiàn)了少量回火馬氏體組織，導(dǎo)致2#試件的沖擊韌性低于1#試件。

圖5 1#試件過熱區(qū)（200×）

圖6 2#試件過熱區(qū)（200×）

3 結(jié)論

（1）WDB620的焊接性很好，在該焊接工藝條件下，預(yù)熱和不預(yù)熱試樣的力學(xué)性能均滿足GB/ T5017-2007的標(biāo)準(zhǔn)要求，建議厚板焊接時(shí)可不預(yù)熱，以降低生產(chǎn)成本。

（2）焊前預(yù)熱80℃的1#試件的沖擊韌性高于沒有預(yù)熱的2#試件；1#試件熱影響區(qū)的硬度也低于2#試件熱影響區(qū)硬度，并且1#試件的硬度分布更加均勻。

（3）2#試件過熱區(qū)微觀組織出現(xiàn)少量的回火馬氏體，導(dǎo)致硬度高于1#試件，沖擊韌性低于1#試件。

[1]粟皓維，李春云.國(guó)產(chǎn)WDB620高強(qiáng)鋼在冶勒水電站中的應(yīng)用[J].水電站設(shè)計(jì)，2006（01）：59-61.

[2] CSubramanian.Wearmapsfortitaniumnitride coatings depositedoncopperandbrasswithelectrolessnickelinterlayers[J]. Wear，2000，241（2）：228-233.

[3]張路.WDB620焊接性試驗(yàn)研究[J].寬厚板，2005（02）：11-15.

[4]賀信萊，王學(xué)敏，楊善武，等.微量鈮在現(xiàn)代超低碳貝氏體鋼中的應(yīng)用（一）[N].世界金屬導(dǎo)報(bào)，2002-11-26006.

Research on welding technology of WDB620 steel for Moinak hydropower station

CHEN Heng1，ZHOU Youlong1，ZENG Jing2，ZHOU Changping2，HUANG Jingjing1
（1.Materials Science and Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；2.Sionhydro Bureau 10 Co.，Ltd.，Chengdu 610072，China）

High strength low carbon bainitic steel WDB620 made in China is a kind of 60kg lightweight steels which is a new highstrength steel with low susceptibility to welding crack.It has been widely used in large hydropower stations,such as large diameter penstock.In this paper，the mechanical property of the Manual welding joints of the 42 mm WDB620 thick plate is studied. Meanwhile，the microscopic of metallurgical of the two kinds of joints are observed.The results show that under the conditions of the welding specifications，the mechanical properties such as tensile and impact of welding joints got at 80℃preheating and no preheating could meet the requirements of standard（GB/T5017-2007）.A small quantity of tempered martensite appears in overheated zone of nonpreheating joints，this leads to the increase of the hardness and the decline of the toughness.

hydropower；WDB620；mechanical property；microstructure

TG457

：B

：1001-2303（2015）10-0113-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.10.24

2015-04-09；

：2015-05-04

國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201310613006）

陳 恒（1990—），男，江蘇人，在讀碩士，主要從事焊接工藝、攪拌摩擦焊研究及工藝的研究工作。