[发明专利]应用于水轮机的高强调质特厚S500Q钢板焊接工艺

摘要

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。通过以下步骤进行：焊接性分析→焊接材料选择→焊接坡口准备→预热温度和层间温度选择→坡口清理→试板焊接→试板消氢处理→试板去应力热处理→检验试板→工件焊接。应用于水轮机的高强调质特厚S500Q钢板焊接工艺，焊接强度高，焊接精度高，提升产品运行可靠性，延长整个机组的使用寿命。

主权项

一种应用于水轮机的高强调质特厚S500Q钢板焊接工艺，其特征在于按以下步骤进行：（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；（8）、试板去应力热处理：焊后将试板放在热处理炉内进行去应力热处理，先自由升温至≥100℃，后按50℃/h的加热速度加热到570～590℃，保温时间不小于6小时,后随炉按50℃/h的冷却速度冷却至150℃后出炉，进行炉外空冷，以起到消除内应力并改善接头组织和性能的目的；（9）、检验试板： 焊接试板NDT检查合格，试板拉伸、弯曲、冲击机械性能试验合格；（10）、工件焊接：   1）、预热：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，并对工件用保温棉保温，在焊接的过程中工件的温度不低于150℃；2）、清理坡口：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；3）、焊接：将要焊接的工件进行焊接，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，焊接背面至工件平整后，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；4）：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，在工件焊至100mm厚度时、2/3厚度时和焊接完成后，分别对工件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，保温的时间为不小于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； 5）、去应力热处理：焊后将工件放在热处理炉内进行去应力热处理，先自由升温至≥100℃，后按50℃/h的加热速度加热到570～590℃，保温时间不小于6小时,后随炉按50℃/h的冷却速度冷却至150℃后出炉，进行炉外空冷，以起到消除内应力并改善接头组织和性能的目的。