CN103341686A

CN103341686A - 一种高强度核电用钢厚板埋弧焊焊接方法

Info

Publication number: CN103341686A
Application number: CN201310229955XA
Authority: CN
Inventors: 胡因洪; 缪凯; 牟文广; 黄治军; 李立军; 许颖; 袁桂莲; 刘文艳; 王靓; 胡家国
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-06-09
Also published as: CN103341686B

Abstract

一种用于高强度核电钢对接埋弧焊接方法，其步骤：采用Rm不低于645MPa、ReL不低于535MPa，延伸率A在20~40%，-45^oCKV₂冲击功大于54J的高强钢，其厚度为36~48mm的同板厚组合对接，匹配焊丝抗拉强度为大于600MPa，焊丝直径Ф4.0mm；埋弧焊坡口为对称双U型，坡口角度为60°，钝边为6mm；在电流650~700A、电压33~31V、速度45~35cm/min、线能量31~35kJ/cm条件下采用焊连续施焊。本发明解决焊接抗拉强度R_m≥585MPa级别核电（AP1000）承压设备用钢厚板埋弧焊对接接头焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法，并且埋弧焊接头抗拉强度、接头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。

Description

一种高强度核电用钢厚板埋弧焊焊接方法

技术领域

本发明涉及一种埋弧焊接工艺，具体属于高强度核电用钢厚板埋弧焊接方法。

其适用于抗拉强度R_m≥585MPa级别第三代核电（AP1000）用钢厚板对接接头埋弧焊接。

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。随着核电承压设备用钢的发展，其综合力学性能，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应用及发展。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。

AP1000是由美国西屋公司开发的先进的非能动的核电技术，是目前最先进的第三代核电技术，其主要区别在于第三代核电站的安全性和经济性都明显优于第一代、第二代核电站。我国是目前首批采用AP1000技术建造核电站的国家之一。WHD585钢是核反应堆安全壳用钢，核反应堆安全壳用钢板是核电站防止核辐射的最后一道安全屏障，对核岛的安全意义极为重大。

WHD585核电用钢用原有焊接材料和焊接工艺进行焊接时，需要焊前预热、焊后热处理，工艺过程复杂。本发明的不同之处在于，提出了一种抗拉强度R_m≥585MPa级别核电（AP1000）承压设备用钢厚板的埋弧焊对接的焊接工艺方法，该方法焊前不预热、焊后不进行热处理，能满足核电用钢的焊接技术要求，且工艺过程简单、节能环保。

目前存在的主要问题：采用目前国内现有650~700MPa级埋弧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（AP1000）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^oC KV₂）冲击功无法达到第三代（AP1000）核电用钢厚板制造焊接技术的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种解决焊接抗拉强度R_m≥585MPa级别核电（AP1000）承压设备用钢厚板埋弧焊对接接头焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法。

实现上述目的技术内容：

一种用于高强度核电钢对接埋弧焊接方法，其焊接工艺步骤：

（1）采用抗拉强度Rm不低于645MPa、屈服强度ReL不低于535MPa，延伸率A在 20~40%，-45^oCKV₂冲击功大于54J的高强钢，其厚度为36~48mm，并为相同板厚组合对接，匹配的焊丝抗拉强度为大于600 MPa，焊丝直径Ф4.0mm；

（2）埋弧焊坡口采用对称双U型坡口，坡口角度为60°，钝边为6mm；

（3）在焊接电流650~700A、焊接电压33~31V、焊接速度45~35cm/min、焊接线能量31~35kJ/cm条件下采用焊连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在160~180℃。

其特征在于：所采用焊条的化学组分及重量百分比为：C： 0.05~0.12%、Si ：0.005~0.10%、Mn：1.20~1.90%、Ni：0.10~0.50%、 Ti：0.040~0.12%、 B:0.002~0.012%、P：≤0.010%、S：≤ 0.008%,余为Fe及不可避免面的杂质。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明公开的一种用于高强度核电钢对接埋弧焊接方法，满足了第三代核电（AP1000）用钢厚板埋弧焊接工艺关键制造技术。埋弧焊接头抗拉强度、接头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，埋弧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第三代（AP1000）高强度核电钢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焊缝仍具有较高的冲击功。

附图说明

图1为焊接的钢板组合厚度为36mm+36mm的坡口角度示意图；

图2为焊接的钢板组合厚度为48mm+48mm的坡口角度示意图。

具体实施方式

实施例1：

基材：抗拉强度为Rm620MPa，屈服强度Rel为520 MPa的-50℃核电用钢，其钢板的厚度组合为36mm+36mm；试板尺寸为600mm×400mm×36mm，埋弧焊坡口采用双面对称U型坡口，坡口角度为60°，钝边6mm、R6mm；

焊接材料匹配：WGX1焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，焊剂为CHF105，熔敷金属的力学性能为R_el=560MPa，R_m=650 MPa，A=24%，Z=66%，冲击功-50℃KV₂=117J。

进行对接接头焊接，焊接电流在700~695A，焊接电压为33V，焊接速度45~42cm/min，焊接线能量31~32kJ/cm；埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在160~165℃ ，焊前不预热、焊后不进行热处理。

经检测，所施焊的高强度核电钢厚板对接接头力学性能为，焊缝抗拉强度R_m =665MPa，接头冷弯（侧弯）d=3a，180°合格，焊缝冲击功-45℃KV₂=124J，熔合线冲击功-45℃KV₂=85 J，热影响区（1mm）-45℃KV₂= 65J。

实施例2：

基材：抗拉强度为Rm645MPa，屈服强度Rel为550 MPa的-50℃核电用钢，其钢板的厚度组合为48mm+48mm；试板尺寸为600mm×400mm×48mm；

埋弧焊坡口采用双面对称U型坡口，坡口角度为60°，钝边6mm、R6mm；

焊接材料匹配：WGX1焊丝，焊丝直径Ф4.0mm；焊剂为CHF105，熔敷金属的力学性能为R_el=560MPa，R_m=650 MPa，A=24%，Z=66%，冲击功-50℃KV₂=117J；

进行对接接头焊接，焊接电流680~670A，焊接电压33V，焊接速度41~39cm/min，焊接线能量32~33J/cm；埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在170~180(℃) ，焊前不预热、焊后不进行热处理。

经检测，所施焊高强度核电钢厚板对接接头力学性能，焊缝抗拉强度R_m =665MPa，接头冷弯（侧弯）d=3a，180°合格，焊缝冲击功-45℃KV₂=104J，熔合线冲击功-45℃KV₂=136 J，热影响区（1mm）-45℃KV₂= 82J。

Claims

1.一种高强度核电用钢厚板埋弧焊焊接方法，其步骤：

2.如权利要求1所述的一种高强度核电用钢厚板埋弧焊焊接方法，其特征在于：所采用焊条的化学组分及重量百分比为：C： 0.05~0.12%、Si ：0.005~0.10%、Mn：1.20~1.90%、Ni：0.10~0.50%、 Ti：0.040~0.12%、 B:0.002~0.012%、P：≤0.010%、S：≤ 0.008%,余为Fe及不可避免面的杂质。