周友龍，彭智祥，加富俊，廖 琪，謝 威，李厚一

（1.西南交通大學材料學院，四川成都610031；2.成都阿朗科技有限公司，四川成都611100；3.中國葛洲壩集團機電建設(shè)有限公司，湖北宜昌443002）

SX780CF細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的埋弧自動焊

周友龍1，彭智祥2，加富俊3，廖 琪1，謝 威1，李厚一1

（1.西南交通大學材料學院，四川成都610031；2.成都阿朗科技有限公司，四川成都611100；3.中國葛洲壩集團機電建設(shè)有限公司，湖北宜昌443002）

國產(chǎn)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼SX780CF首次被應(yīng)用于水電系統(tǒng)大型壓力鋼管。采用大型水工鋼管智能化組焊專機和多功能滾焊臺車以及埋弧自動焊提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。介紹大型水工鋼管智能化組焊機的狀況，針對SX780CF埋弧自動焊接頭的焊接性能、力學性能、力學不均勻性和微觀組織進行試驗和分析。結(jié)果表明，SX780CF埋弧自動焊接接頭的拉伸強度、彎曲性能和硬度值均滿足標準GB 50766-2012要求，在水電站大型壓力鋼管工程中值得進行推廣。

SX780CF；細晶粒結(jié)構(gòu)鋼；埋弧焊；大型水工鋼管智能化組焊專機

0 前言

細晶粒結(jié)構(gòu)鋼SX7800CF屈服強度和抗拉強度較高，應(yīng)用于水電系統(tǒng)中能減小管道厚度并保證強度[1]。烏東德水電站將SX780CF應(yīng)用于厚度56～64 mm的主管，為了提高焊接效率，采用埋弧自動焊完成焊接。針對水電系統(tǒng)超大直徑管道，采用大型水工鋼管智能化組焊專機和多功能滾焊臺車在隧道內(nèi)對主管焊接，在提高生產(chǎn)效率的同時減少了生產(chǎn)成本。這些高效率、低成本的生產(chǎn)方法對于水電系統(tǒng)的焊接有很大的借鑒意義，值得在水電系統(tǒng)焊接中推廣。

1 焊接設(shè)備

烏東德水電站采用大型水工鋼管智能化組焊專機，實現(xiàn)隧道內(nèi)超大直徑鋼管智能機械化組對和自動焊接，免除了傳統(tǒng)技術(shù)工藝在洞外制造大直徑

鋼管需要建廠、規(guī)劃專用運輸?shù)缆穼?dǎo)致的資源投入，提高工作效率[2]。大型水工鋼管組焊專機設(shè)備可焊直徑為9～13.5 m的鋼管，設(shè)備簡圖如圖1所示。

圖1 大型水工鋼管組焊專機設(shè)備簡圖

為了提高效率，方便在隧道內(nèi)的運輸和安裝，烏東德水電站運用多功能滾焊臺車運輸鋼管。多功能滾焊臺車可以兩臺配合使用，其4個滾輪通過智能化遙控操作，實現(xiàn)瓦片或管節(jié)上下、前后、左右6個方向自由度的調(diào)整，方便了瓦片的組圓和管節(jié)對口焊接；也能用于大直徑管節(jié)或鋼管隧道（場內(nèi)）極限空間內(nèi)的運輸，方便鋼管安裝，提高工作效率。多功能滾焊臺車可適應(yīng)9～11 m的鋼管直徑，其設(shè)備簡圖如圖2所示。

圖2 多功能滾焊臺車

2 試驗方法

SX780CF的碳當量Ceq=0.50％，板厚大于等于56 mm，故焊前需預(yù)熱，預(yù)熱溫度100℃～150℃。采用埋弧自動焊（SAW）進行壓力鋼管的焊接，焊接線能量35～45 kJ/cm，焊絲型號CHW-S80，焊劑型號CHF606。試件坡口形式為不對稱X型坡口，焊接接頭焊道分布如圖3所示。焊接接頭經(jīng)過MT、UT、TOFD探傷合格后，根據(jù)GB 50766-2012標準，對焊接接頭進行力學性能、硬度試驗和微觀組織觀察。

圖3 埋弧焊焊接頭

SX780CF焊條電弧焊接頭示意如圖4所示?？梢钥闯?，埋弧焊所用焊道數(shù)少于焊條電弧焊，且由于埋弧焊焊接電流大（SX780CF鋼許用焊接電流：焊條電弧焊不大于190 A，埋弧焊不大于650 A）、速度也高于焊條電弧焊，故較大地提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了壓力鋼管的焊接加工成本和縮短生產(chǎn)周期。

圖4 焊條電弧焊接頭

3 試驗結(jié)果和分析

3.1 焊接接頭力學性能

對焊接試件進行力學性能試驗，結(jié)果如表1所示。接頭強度滿足標準GB 50766-2012要求785～ 930 MPa，且斷裂位置均位于母材；彎曲試驗未出現(xiàn)開裂；低溫沖擊功也滿足標準GB 50766-2012要求的47 J。接頭熱影響區(qū)沖擊功較高，故接頭的抗裂性和止裂性良好[4]。

表1 力學性能試驗結(jié)果[3]

3.2 焊接接頭不均勻性

細晶粒結(jié)構(gòu)鋼通過調(diào)質(zhì)處理獲得了較高的強度，在焊接過程中由于焊接熱循環(huán)的作用，發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，降低了調(diào)質(zhì)處理的作用，易造成熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化現(xiàn)象。焊接接頭的硬度分布曲線如圖5所示。

圖5 末道焊縫硬度曲線

SX780CF埋弧自動焊微觀金相如圖6所示。

圖6 SX780CF埋弧自動焊微觀金相

焊縫中心硬度較高，這是因為后一道焊縫對前道焊縫的熱處理作用細化了晶粒，出現(xiàn)了較多的粒狀貝氏體。但是由于焊縫區(qū)是粗大的柱狀晶，組織為先析鐵素體和貝氏體，因此焊縫的低溫沖擊功較低。

熱影響區(qū)的硬度值較母材更低，原因是焊接熱循環(huán)改變了該區(qū)域母材的調(diào)質(zhì)狀態(tài)，造成該區(qū)域存在軟化現(xiàn)象。粗晶區(qū)組織主要是較粗大的貝氏體組織，而貝氏體組織一般具有較為良好的沖擊韌性，因此該區(qū)域的低溫沖擊功高于焊縫。

4 結(jié)論

（1）SX780CF高強鋼的埋弧自動焊焊接接頭力學性能滿足標準GB 50766-2012的要求。

（2）大型水工鋼管智能化組焊專機和多功能滾焊臺車較大地提高了焊接生產(chǎn)效率，有效降低成本。

（3）接頭熱影響區(qū)沖擊韌性較好，熱影響區(qū)硬度比母材小，存在軟化現(xiàn)象。

[1]楊莉，鄭軍，黃小婷.800MPa高強鋼的焊接性試驗研究[J].鄭州紡織工學院學報，1999（06）：55-58.

[2]段利明.超大型鋼管制造新技術(shù)在梨園水電站的應(yīng)用[J].水力發(fā)電，2015，41（5）：88-90.

[3]周友龍.烏東德水電站焊接接頭力學性能檢測報告[R].2015.

[4]劉自成，孫震，郭文，等.低溫韌性及焊接性優(yōu)良的780MPa級大型水電站用鋼板開發(fā)[A].第八屆全國水電站壓力管道學術(shù)會議論文集[C].成都：2014.

SX780CF fine grain structural steel by SAW

ZHOU Youlong1，PENG Zhixiang2，JIA Fujun2，LIAO Qi1，XIE Wei1，LI Houyi1
（1.Materials Science and Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；2.Chengdu Alang Scinece and Thenology Co.，Ltd.，Chengdu 611100，China；3.Gezhouba Group Mechanical and Electrical Construction Co.，Ltd.，Yichang 443002，China）

It's the first time for homemade fine grain structure steel SX780CF to be used in the pressure pipes of the hydropower unit.By large hydraulic pipe's group welding machine and multifunctional welding trolley，automatic submerged arc welding is also used to improve the productefficiency.In order toensure the qualityin the high production，the weldabilityofthe SX780CF steel is analyzed.The mechanical properties of the joints are carried out，the hardness distribution of the joints is tested.Meanwhile，the microstructure is observed.The results showthat the properties of the joints of the SX780CF steel could satisfy the demand of the GB 50766-2012 standard.The research work could promote the application ofSAW technology for the fine grain structure steel SX780CF in the large pressure pipe engineering in hydro-power station.

SX780CF；fine grain structure steel；SAW；large hydraulic pipe′s group welding machine

TG445

A

1001－2303（2016）09－0111-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.09.26

2016-03-22

周友龍（1970—），男，四川成都人，副教授，碩士，主要從事水電、火電、車輛、壓力容器管道等行業(yè)的焊接工藝與裝備研究，失效分析等工作。