李鹏
中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东 济南 250102
摘 要：WB36钢是含有Nb微合金化的贝氏体Ni-Cu-Mo钢，是由德国蒂森、曼内斯曼公司和株式会社研制的一种用于核发电机组和高参数火力发电机组的低合金钢材料，是高参数火力发电机组中的关键材料之一。WB36钢具有较高强度和良好的焊接性能，室温抗拉强度可达610Mpa以上，屈服强度≥440Mpa，用于制造工作温度在500℃以内的厚壁高压管道部件，如给水系统和汽包等，我国新建的超临界以及超超临界机组中高压给水管道均大量使用了这一材料。本文针对细晶粒钢WB36焊接及热处理技术展开了讨论。
1.工艺原理
1.1 WB36钢的焊接性
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该钢材的焊接性分析如下：
1.1.1焊接冷裂纹敏感性
冷裂纹敏感指数为:
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1.1.2 焊接热裂纹敏感性
WB36为低合金的高强度钢，属于A类三级多元合金钢，其经空冷淬火和正火后的原始组织为贝氏体或贝氏体加铁素体。主要通过添加一定量的Cu来提高材料的高温强度，特别是贝氏体回火后的强度；添加一定量的Ni抵消由于Cu的存在带来的高温红脆性的趋势；同时一定量弥散分布的Nb可进一步细化晶粒,提高材料的综合性能。由于材料本身所含Mn元素相对远大于S，在有效控制线能量后，基本不产生热裂纹。
1.2焊接方法选择：
本工艺采用GTAW+SMAW的焊接方法，焊接操作方式采用小电流、多层多道焊接操作工艺。
1.3焊接材料选择：
WB36钢焊材选用既要考虑母材的化学成分，又要满足母材的强度要求。选择与WB36钢良好匹配的焊丝ER80S-G和焊条E9018-G。焊接材料的化学成分见表1.3
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1.4焊接热输入对焊接接头质量影响的控制原理：
1.4.1焊接热输入是指熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热能。热输入等于焊接电流、电弧电压、热效率的乘积和焊接速度的比值。
E=IUη/v （式 4.0.2-1）
其中：I-焊接电流，A；U-电弧电压，V；v-焊接速度，mm/ min；η-热效率系数，
热效率系数按焊接方法分类，氩弧焊 0.5，手工电弧焊 0.7-0.8；电压以 V 计； 电流以 A 计；焊接速度按 mm/min 计。热输入过高时，焊材中合金元素烧损严重，同时焊缝结晶晶粒粗大，造成最终焊缝金属强度和韧性降低，同时也加大了焊接残余应力。
1.5预热及层间温度选择：
WB36钢是一种Ni-Cu-Mo型低合金钢，该钢种含Cu较高，虽然能提高抗腐蚀性，但是Cu含量的提高会出现红脆性，也给焊接造成较大的障碍。在焊接过程中，一旦出现偏析，出现热裂纹的可能性还是存在的。另外，它的C当量也超过0.45%，冷裂倾向也同时存在。GTAW焊时预热温度150～200℃，SMAW焊时预热温度为200～250℃。WB36钢焊接过程中,层间温度宜控制在200～300℃, 最大不超过300℃。
2 施工工艺流程及操作要点
2.1施工工艺流程
施工工艺流程如图2.1所示。
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2.2操作要点
2.2.1施工前准备
施焊人员经专业工作标准培训，且经技能考试合格上岗，焊工合格项能够覆盖施焊内容。项目开工前，技术人员应熟悉图纸，清楚部件的材质与规格，掌握图纸对焊接的特殊要求和质量标准，并熟悉现场环境。
2.2.2焊口组对
组对前将焊口表面及附近母材内、外壁的油、漆、垢、锈等清理干净，直至露出金属光泽。组对前认真检查被焊接部位及其边缘20mm范围内，确保无表面裂纹等缺陷。
2.2.3焊前预热
氩弧焊的预热温度为150℃～200℃，手工电弧焊焊前预热温度为200℃～250℃。预热温度达到规定值后适当保温，测量坡口温度分别为787.8摄氏度和204.6摄氏度，确保管道的内壁及坡口处达到预热温度再进行施焊。
2.2.4焊接
根部打底采用GTAW焊接两层，打底厚度≥5mm，使用强光手电筒通过没有焊接的间隙观察内部打底情况，特别注意检查根部有无氧化和过烧组织，焊缝是否光洁。填充焊接采用SMAW进行分层分道焊接，焊接过程中注意层间清理，严格控制焊接电流，保持层间温度在200℃～300℃之间；填充焊时严格控制焊接电流在80A～160A之间，使用钳形电流表随时校对焊接电流。焊接采取多层多道焊，控制每层厚度不超过焊条的直径，宽度不超过焊条直径的4倍。
2.2.5焊后热处理
焊接完成后若不能立即热处理，则应进行300℃～350℃保温3h后热处理。焊后热处理采用柔性陶瓷电阻加热设备、测控温采取“分区控温”方式进行，热处理过程中注意观察控温热电偶与测温热电偶的温度变化，特别是恒温后，注意任何一点不得有超温现象，并做好热处理过程记录，降温到300℃一下后可不控温，冷却到室温后再拆除保温棉和加热器。
2.2.6检测及验收
焊后热处理完成后，现场及时对焊缝进行无损检测及表面硬度检测，均符合标准要求后进行验收。
结论
本文通过对WB36钢本身的化学成分、焊材成分匹配及整个施工过程中工艺流程展开了分析研究，采取了先进、合理的施工措施，确保了细晶粒钢WB36的焊接及热处理质量，避免因焊接质量不良造成大管径厚壁管返修率的增高，同时提高了劳动生产效率，保证了施工的有序进行，为电力建设不断提高焊接工艺水平，做出了典范，社会效益显著。
参考文献
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