CN103264207B - 高强度核电钢对接手工焊接的方法 - Google Patents

Abstract

高强度核电钢对接手工焊接的方法，其焊接步骤：采用抗拉强度为≥585MPa、屈服强度R_eL≥415MPa，延伸率：A≥20%，-45^oCKV₂冲击功≥54J的高强度桥梁钢，其厚度为36~48mm，并为相同板厚组合对接手工焊接；匹配的焊条抗拉强度大于650MPa，焊条直径Ф4.0mm；手工焊坡口采用双面非对称V型坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；在焊接电流170A，电压~24V，速度15cm/min、线能量17kJ/cm条件下采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度在160~200℃。本发明经探伤检测，未发现有裂纹产生，焊接接头具有优良低温性能及抗裂性能，接头三区的-45^oCKV₂冲击功远高于标准54J，接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度。

Description

高强度核电钢对接手工焊接的方法

技术领域

本发明涉及一种对接手工焊接的方法，具体适用于焊接抗拉强度R_m≥585MPa级别高强度核电厚板结构用钢对接手工焊接。

背景技术

随着我国核电能源需求的高速发展，核电承压设备用钢在使用环境上有其特殊性，要承受反应堆堆芯极强的辐照，核电钢制安全壳属核安全2级设备，是核岛的最后一道防护，对核岛的安全意义极为重大。目前，国内第三代核电承压设备用钢主要从美国进口。为适应我国核电建设发展的要求，武钢开发研制了WHD585E第三代核电（AP1000）承压设备用钢。其综合力学性能达到了国外同类钢种水平，尤其是低温冲击韧性有较大的提高。基材性能的提高对与之相匹配的焊接材料及焊接工艺提出了迫切的要求。因此，如不及时有效地解决大型核电用钢的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍我国第三代核电用钢的推广应用。加快开展第三代核电用钢厚板焊接新工艺及配套新焊接材料研究，对我国大型核电用钢在结构制造技术领域的推广应用有着重大经济效益及社会效益。目前存在的主要问题：采用目前国内现有650~700MPa级手工焊接材料与焊接工艺匹配，熔敷金属冲击功与实际接头韧性远不能满足第三代核电承压设备制造的焊接技术要求，尤其是与高韧性的基材相比，其韧性指标相差太远。在高强钢厚板对接头及多层焊的情况下，接头强度与低温(-45^oCKV₂）冲击功无法达到第三代核电用钢厚板制造焊接技术指标要求。

中国专利号为200910062436.2的《一种用于高强度钢对接手工焊接的方法》专利文献，其公开了一种采用抗拉强度为690~760MPa、屈服强度R_eL：600~660MPa，延伸率：A18~25%，-40^oCKV₂冲击功：165~210J的高强钢，其厚度为26~50mm，并为相同板厚组合对接；匹配的焊条抗拉强度大于700MPa，焊条直径Ф4.0mm；手工焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；在焊接电流160A、焊接电压26V、焊接速度15cm/min、焊接线能量17kJ/cm、采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在100~150℃的手工焊接方法。其存在的不同是该专利文献，主要用于工程机械结构的高强度钢焊接，被焊基材强度级别不同、焊接材料不同、被焊结构服役使用条件不同（动载荷、使用环境温度-40^oC）。而本专利主要用于我国第三代核电承压设备用钢，在使用环境上有其特殊性，被焊核电专用基材、专用焊接材料、被焊结构服役使用条件（静载荷、使用环境温度-45^oC）。除满足相关的力学性能外，还要满足承受反应堆堆芯极强的辐照，核电钢制安全壳属核安全2级设备，是核岛的最后一道防护，对核岛的安全意义极为重大。

中国专利号为201210279121.5的《80毫米厚高强度桥梁钢对接手工焊接的方法》专利文献，其公开了一种抗拉强度为≥570MPa、屈服强度R_eL≥420MPa，延伸率：A≥18%，-40^oCKV₂冲击功≥120J的高强度桥梁钢，其厚度为80mm，并为相同板厚组合对接手工焊接；匹配的焊条抗拉强度大于600MPa，焊条直径Ф4.0mm；手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm；在焊接电流165~170A、焊接电压24~25V、焊接速度14~15cm/min、焊接线能量16~17kJ/cm条件下采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在135~145℃的对接手工焊接的方法，其存在的不同是该专利文献，主要用于大跨度高强度桥梁钢厚板焊接，被焊基材交贷状态不同（TMCP+回火）、焊接材料不同、被焊结构服役使用条件不同（动载荷、使用环境温度-40^oC）。而本专利主要用于我国第三代核电承压设备用钢，在使用环境上有其特殊性，被焊核电专用基材（交贷状态：淬火+回火）、专用焊接材料、被焊结构服役使用条件（静载荷、使用环境温度-45^oC）。除满足相关的力学性能外，还要满足承受反应堆堆芯极强的辐照，核电钢制安全壳属核安全2级设备，是核岛的最后一道防护，对核岛的安全意义极为重大。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种高强度核电钢对接手工焊关键焊接工艺技术，其主要解决的问题是提出了一种对接手工焊接工艺与匹配材料焊接高强度核电钢厚板对接焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法。

实现上述目的的措施：

高强度核电钢对接手工焊接的方法，其焊接步骤：

1）采用抗拉强度为≥585MPa、屈服强度R_eL≥415MPa，延伸率：A≥20%，-45^oCKV₂冲击功≥54J的高强度桥梁钢，其厚度为36~48mm，并为相同板厚组合对接手工焊接；匹配的焊条抗拉强度大于650MPa，焊条直径Ф4.0mm；

2）手工焊坡口采用双面非对称V型坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；

3）在焊接电流170A，焊接电压~24V，焊接速度15cm/min、焊接线能量17kJ/cm条件下采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在160~200℃。

其特征在于：焊条熔敷金属的组分及重量百分比为：C：0.06~0.12%、Si：≤0.80%、Mn：≤0.90%、Cr:≤0.20%、Ni：0.80~1.80%、Mo：0.30~0.50%、P：≤0.015%、S：≤0.008%。

本发明采用焊前不预热，焊后不进行热处理工艺，经采用大量试验选择的焊接工艺参数，并进行探伤检测，未发现有裂纹产生，焊接接头具有优良低温性能及抗裂性能，接头三区的-45^oCKV₂冲击功远高于标准54J，接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，完全能满足核电用钢的关键技术要求。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明公开的“一种高强度核电用钢厚板手工焊接工艺”，满足了我国第三代核电（AP1000）承压设备用钢厚板对接焊接提出了关键手工焊接工艺制造技术，手工焊对接接头抗拉强度、接头三区冲击功达到较高水平，接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度。

（2）采用本发明焊接工艺技术，手工焊接头过热区主要为贝氏体组织，焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，从而使焊缝具有优良的低温冲击韧性及抗裂性能。

（3）采用本发明焊接工艺技术实现了高强度核电钢对接接头厚板结构制造过程焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时接头仍具有较高的冲击功。

本发明所述的焊接工艺方法具有优良的焊接力学性能，操作简便、适用方便、高效、节能、并且满足了我国第三代核电（AP1000）承压设备用钢厚板制造推广应用。

附图说明

图1为本发明对接36mm同板厚接头的坡口图；

图2为本发明对接48mm同板厚接头的坡口图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

本发明各实施例按照以下步骤生产，并在所限定范围内任意取值。

其步骤：

1）采用抗拉强度为≥585MPa、屈服强度R_eL≥415MPa，延伸率：A≥20%，-45^oCKV₂冲击功≥54J的高强度桥梁钢，其厚度为36~48mm，并为相同板厚组合对接手工焊接；匹配的焊条抗拉强度大于650MPa，焊条直径Ф4.0mm；

2）手工焊坡口采用双面非对称V型坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；

3）在焊接电流170A，焊接电压~24V，焊接速度15cm/min、焊接线能量17kJ/cm条件下采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在160~200℃。

焊条熔敷金属的组分及重量百分比为：C：0.06~0.12%、Si：≤0.80%、Mn：≤0.90%、Cr:≤0.20%、Ni：0.80~1.80%、Mo：0.30~0.50%、P：≤0.015%、S：≤0.008%。

实施例1：

基材：WHD585，厚板组合36mm+36mm；试板尺寸为600mm×400mm×36mm；手工焊坡口采用双面非对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；焊接材料匹配：E9018-G-H4R核电专用手工焊条，焊条直径Ф4.0mm，熔敷金属的力学性能为R_el=582MPa，R_m=662MPa，延伸率A=21%，Z=73%，冲击功-45℃KV₂=152J；与WHD585钢（36mm+36mm）厚板对接接头焊接，焊接材料为：E9018-G-H4R核电专用手工焊条，焊条直径Ф4.0mm；焊接工艺规范：焊接电流170A，焊接电压24V，焊接速度15cm/min，焊接线能量17kJ/cm；手工焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在160~180(℃)，焊前不预热、焊后不进行热处理。

采用上述焊接工艺焊接高强度核电钢厚板对接接头力学性能，焊缝抗拉强度R_m=670MPa，接头冷弯（侧弯）d=3a，180°合格，焊缝冲击功-45℃KV₂=103J，熔合线冲击功-45℃KV₂=78J，热影响区（1mm）-45℃KV₂=82J。

经检测，对接接头焊缝冲击功为-45℃KV₂=103J，熔合线冲击功-45℃KV₂=78J，热影响区（1mm）-45℃KV₂=82J。接头具有优良的综合力学性能及强韧性匹配。

实施例2：

基材：WHD585，厚板组合48mm+48mm；试板尺寸为600mm×400mm×48mm，手工焊坡口采用双面非对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；焊接材料匹配：E9018-G-H4R核电专用手工焊条，熔敷金属的力学性能为R_el=582MPa，R_m=662MPa，延伸率A=22%，冲击功-45℃KV₂=152J；与WHD585钢（48mm+48mm）厚板对接接头焊接，焊接材料为E9018-G-H4R核电专用手工焊条，焊条直径Ф4.0mm；焊接工艺规范：焊接电流170A，焊接电压23V，焊接速度15cm/min，焊接线能量17kJ/cm；手工焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在180~200(℃)，焊前不预热、焊后不进行热处理。

采用上述焊接工艺焊接高强度核电钢厚板对接接头力学性能，焊缝抗拉强度在R_m=665MPa，接头冷弯（侧弯）d=3a，180°合格，焊缝冲击功-45℃KV₂=82J，熔合线冲击功-45℃KV₂=92J，热影响区（1mm）-45℃KV₂=103J。

经检测，接头焊缝冲击功-45℃KV₂=82J，熔合线冲击功-45℃KV₂=92J，热影响区（1mm）-45℃KV₂=103J。接头具有优良的综合力学性能及强韧性匹配。

Claims (1)

1.高强度核电钢对接手工焊接的方法，其焊接步骤：

1）采用抗拉强度为≥585MPa、屈服强度R_eL≥415MPa，延伸率：A≥20%，-45^oCKV₂冲击功≥54J的高强度核电钢，其厚度为36~48mm，并为相同板厚组合对接手工焊接；匹配的焊条抗拉强度不低于650MPa，焊条直径Ф4.0mm；焊条熔敷金属的组分及重量百分比为：C：0.06~0.12%、Si：≤0.80%、Mn：≤0.90%、Cr:≤0.20%、Ni：0.80~1.80%、Mo：0.30~0.50%、P：≤0.015%、S：≤0.008%；其余为铁及不可避免的杂质；

2）手工焊坡口采用双面非对称V型坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；

3）在焊接电流170A，焊接电压24V，焊接速度15cm/min、焊接线能量17kJ/cm条件下采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在160~200℃。