[发明专利]应用于水轮机的高强调质特厚S500Q钢板焊接工艺

说明书

技术领域

本发明是一种钢板焊接工艺，特别涉及一种应用于水轮机的高强调质特厚S500Q钢板焊接工艺。

背景技术

高水头混流式机组座环由于对其强度和刚度要求是十分严格的，在国内以往设计制造中，座环整体采用常规的Q345R钢板，导致则座环的尺寸往往偏大、重量偏重，制造成本很高。借鉴国外的制造经验，高水头混流式机组的机组座环设计中固定导叶采用高强度调质钢板S500Q(欧标EN10025)，座环上下环板及支撑仍采用常规Q345R钢板制造，在保证座环强度不变情况下，可大幅度降低座环的设计尺寸和重量，降低制造成本。这种高强度调质钢板S500Q是欧标钢板，均为进口钢板且目前供货的最大厚度截止到150mm，在水轮机行业中的成功使用厚度为50mm,研究开发厚度超过150mm超厚高强调质S500Q钢板焊接工艺，并在高强度高水头座环上成功应用，给水轮机设计带来新的研发领域。

发明内容

 本发明主要是解决现有技术中存在的不足，分析研究超厚S500Q钢板焊接工艺，在高水头混流式机组座环中成功运用，解决以往制造中使用常规Q345R钢板导致座环的尺寸偏大、重量偏重的缺陷，提高机组运行可靠性，延长机组使用寿命的应用于水轮机的高强调质特厚S500Q钢板焊接工艺。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

    一种应用于水轮机的高强调质特厚S500Q钢板焊接工艺，按以下步骤进行：

（1）、焊接性分析：

  当S500Q钢板厚度小于50mm时Ceq为≤0.47％，当S500Q钢板厚度大于50mm时Ceq为≤0.70％，而S500Q钢板的Ceq≥0.55％时材料的焊接性能较差，焊接时容易出现冷裂纹，在焊接热影响区的粗晶区冷裂倾向更大，有脆化倾向，导致接头韧性下降；

（2）、焊接材料选择： 

 S500Q钢板焊接冷裂倾向很大，需要严格控制焊接材料的氢含量，选用低氢型焊接材料，低氢型焊接材料的氢含量2mal/100g～4mal/100g，采用E81T1-Ni1C药芯焊丝在CO₂气体保护下进行焊接，焊丝的直径为1.2mm，焊接时的电流为120～300A；

（3）、焊接坡口准备：

 为保证厚度较大的焊件能够焊透，常将厚板焊件接头边缘加工成坡口，坡口除保证焊透外，起调节母材金属和填充金属比例的作用；

   坡口型式的选择：1）、当厚度相同的工件坡口型式为双面U型坡口时：进行两面施焊，焊接时受热均匀，变形较小，焊条消耗量较小；增大了钝边P和圆弧R尺寸，钝边P的长度为1～6mm,和圆弧R的长度为6～15mm；

    2）、当厚度不相同的工作坡口型式为双单边V形坡口时：

（4）、预热温度和层间温度选择：

    S500Q钢板的Ceq≥0.55%时，冷裂倾向大，为防止冷裂纹的产生，需要进行预热，降低焊接时产生的温度梯度，减少焊接应力，防止裂纹产生，根据碳含量Ceq和冷裂纹敏感系数Pcm计算，利用远红外电加热板进行预热，预热温度为150～200℃，预热温度的时间为不小于1小时，层间温度为200～250℃，既满足焊接要求又具有可操作性，并对试板用保温棉保温，在焊接的过程中试板的温度不低于150℃；

（5）、坡口清理：

使用磨光机打磨去除坡口两侧20mm范围内氧化皮和锈迹，防止焊接过程中产生气孔、夹杂；

（6）、试板焊接：

采用厚度为230mm的焊接试板进行试焊,焊接采用多层多道焊焊接，焊丝直径为1.2mm，焊接的电流为260～300A,焊接的电压为28～32V，焊接的速度为25～30cm/min，焊接线能量为19.2～23KJ/cm；

采用多层多道焊：每焊完一道，用风铲去掉药芯焊丝的药皮，做好层间清理，在开始下道焊接前测量层间温度，层间温度为200～250℃，使用双面对称焊接，每面焊至≤30mm厚度时翻一次身，背面使用碳弧气刨清除后，用磨光机打磨至见金属光泽后，焊接背面至试板平整后，再焊接另一面，焊接过程中翻身的次数为8～10次，翻身前测量焊接变形量，控制平面度焊接变形量不超过3mm；

（7）、试板消氢处理：

当冷裂缝的风险很高的时候，应该加快氢气的释放速度，维持最低的焊接层间温度，在试板焊至100mm厚度时、2/3厚度时和焊接完成后，分别对试板利用远红外电加热板进行加热，加热的温度为200～250℃，加热后进行保温，保温的时间不小于2小时，使得焊缝中氢加速逸出，防止焊缝中氢的集聚而导致氢致裂纹；