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来源：职称驿站所属分类：化工论文 发布时间：2012-07-21浏览：28次
摘要：对WDB钢的焊接性进行分析，证明WDB钢是具有良好可焊性的低焊接裂纹敏感性钢种，可替代进口高强钢在大中型水电站压力钢管和蜗壳中的应用，无论从经济上还是技术上都是具有较深远的意义。
关键词：WDB钢；焊接性；分析；金属特性；工艺条件；试验
0 引言
近年来，大中型水电站的压力钢管和蜗壳，如采用普通低合金钢需采用较厚钢板进行制造，在制造过程中需要进行焊前预热和焊后消除应力退火处理，耗材费能、工艺复杂、工期较长且质量难以保证。如采用日本进口的CF62和HITEN-610U2钢板，则价格昂贵且难以购买。为考查和验证WDB钢的焊接性能以及在生产中的工艺方法，对该钢种进行了一系列的试验，从以下几个方面分析WDB钢的焊接性。
1. 从金属特性分析焊接性
虽然金属本身的物理性能、化学性能和力学性能，都不足以直接说明它在焊接时可能出现什么问题或焊接后能否满足使用要求，但可以从焊接的角度分析研究该钢种的特定性能，对该钢种的焊接性作出理论上的评定。
1.1利用化学成分分析
以抽样方式，分别对板厚为20mm，32mm，36mm和45mm的钢板进行化学成分分析，结果见表1。
表1WDB钢板化学成分分析数据
板厚/mm 各化学成分的质量分数/%
C Si Mn P S Cr Mo Cu Ni V
20 0.04 0.25 1.52 0.007 0.003 0.05 0.26 0.12 0.29 0.046
32 0.04 0.23 1.45 0.008 0.003 0.05 0.26 0.12 0.28 0.043
36 0.03 0.24 1.46 0.006 0.003 0.05 0.27 0.1 0.26 0.042
45 0.04 0.25 1.50 0.009 0.003 0.07 0.27 0.12 0.26 0.045
碳当量法
钢材的化学成分对焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向有直接影响，因此，可以用化学成分来分析其冷裂敏感性。碳是各种元素中对冷裂敏感性影响最显著的元素，因而，将各种元素都按相当于若干含碳量折合并叠加起来求得碳当量（CE或Ceq）分析冷裂倾向的大小。焊接性与CE的关系如图1所示，不同条件下的预热要求见表2。
图1焊接性与CE的关系
表2不同条件下的预热要求
焊接性 用普通酸性焊条 用低氢焊条 消除应力 敲击处理
Ⅰ.优良 不需预热 不需预热 不需 不需
Ⅱ.较好 预热40℃～100℃ -10℃以上不需预热 任意 任意
Ⅲ.尚好 预热150℃ 预热40℃~100℃ 希望 希望
Ⅳ.可以 预热150℃～200℃ 预热100℃ 必要 希望
国际焊接学会（IIW）公式
CEIIW=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5(%)
经计算，20mm，32mm，36mm和45mm钢板的碳当量CE分别为0.42%，0.40%，0.39%，0.41%，焊接性属于Ⅰ和Ⅱ的情况。
日本JIS和WES公式
CEJIS=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+(Cu/4+P/14)(%)
经计算，20mm，32mm，36mm和45mm钢板的碳当量CE分别为0.39%，0.38%，0.37%，0.39%，焊接性属于Ⅰ和Ⅱ的情况。
美国焊接学会（AWS）公式
CEAWS=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)(%)
经计算，20mm，32mm，36mm和45mm钢板的碳当量CE分别为0.42%，0.40%，0.39%，0.41%，焊接性属于Ⅱ的情况。
（2）焊接冷裂纹敏感指数
除碳当量外，焊缝含氢量和接头拘束度都对冷裂倾向有很大影响。日本伊藤等人求得焊接冷裂纹敏感指数Pcm。
Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5Bδ/600+H/60(%)
式中：δ为板厚mm；H为焊缝中扩散氢含量mL/100g，用甘油法测得其值为2；B为硼元素的质量分数，本文中取为0。
经计算，20mm，32mm，36mm和45mm钢板的焊接冷裂纹敏感指数Pcm分别为0.23%，0.24%，0.24%和0.27%。
根据Pcm可确定防止钢板的焊接冷裂纹所需要的最低预热温度
t0=（1440Pcm-392）℃
经计算，20mm，32mm，36mm和45mm钢板的防止冷裂最低预热温度t0分别为-60.8℃，-46.4℃，-46.4℃，-3.2℃，所以这4种板厚的钢板焊接前无须进行预热。
1.2利用化学性质分析
从化学性质上看，WDB钢与氧的亲和力较弱，即在焊接的高温下也不易氧化，焊缝不易产生气孔；焊接时只需要采取渣保护或气体保护。
2. 从焊接工艺条件分析焊接性
WDB高强钢的焊接方法可采用焊条电弧焊、气体保护焊和埋弧焊，与常用钢种的焊接方法相同。除由正确选择焊接工艺参数控制焊接热循环外，预热、缓冷、层间温度等工艺措施也不同程度地改变金属的焊接性。WDB高强钢经过许多工艺试验验证了其切实可行的焊接工艺参数，预热及层间温度控制的要求均不高，方便生产施工。
其他工艺因素对焊接性的影响：如坡口的清理，焊前清除母材上的油、锈，对防止焊缝中的气孔十分重要；为保证焊接质量，焊条、焊剂应按规定烘干和保存，焊丝应严格除油、除锈，保护气体要经提纯去除杂质后使用；合理安排焊接顺序，大件或复杂形状的工件焊接时，为减少应力及变形，必须安排好各条焊缝的焊接顺序；控制好这些因素，可防止焊接缺陷的产生、获得良好的焊接性。
由此可见，WDB钢就焊接工艺条件而言，具有良好的焊接性。
3. 从焊接性试验分析
3.1斜（直）Y型坡口焊接裂纹试验
用于评定WDB高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。试验项目及结果见表3。
表3WDB高强钢Y型坡口焊接裂纹试验项目及结果
板厚/mm 试验项目 始焊温度/℃ 焊接电流/A 电弧电压/V 焊接速度/(mm•min-1) t8/5/s 裂纹率%
表面断面
20 斜Y坡口
直Y坡口 室温
室温 170
170 24～26
24～26 105
103 10.5
11.0 00
00
32 斜Y坡口
直Y坡口 室温
室温 170
170 24～26
24～26 105
104 11.2
10.6 00
00
36 斜Y坡口
直Y坡口 室温
室温 170
170 24～26
24～26 105
105 10.5
11.5 00
00
36 斜Y坡口
直Y坡口 预热40
预热40 170
170 24～26
24～26 108
106 12.0
10.0 00
00
45 斜Y坡口
直Y坡口
斜Y坡口
直Y坡口 室温
室温
预热60
预热60 170
170
170
170 24～26
24～26
24～26
24～26 103
104
108
107 11.0
11.5
11.5
10.8 00
00
00
00
试验数据显示，在室温与低预热温度条件下，试件表面与断面的裂纹率匀为0，表明WDB钢热影响区对冷裂纹不敏感。
3.2焊接热影响区最高硬度法
焊接热影响区最高硬度可以间接判断被焊钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性。试验项目和结果如图2所示。
图2.焊接热影响区最高硬度试验
从试验结果看，WDB钢的最高硬度值仅有一点为366HV，其余均为350HV，根据国际焊接学会（IIW）最高硬度试验的评定标准，钢的热影响区最高硬度值＜350HV，认为焊缝热影响区的硬化倾向很小，由此认定，WDB钢具有良好的焊接性。
4．结论
综上述，WDB钢具有高强高韧的综合性能、良好的焊接性和低焊接裂纹敏感性等特点，一般情况下可免去焊前预热措施，且无须焊后热处理，是制造水电站压力钢管和蜗壳的新型优质钢材。
《WDB钢的焊接性能分析》
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文章名称： WDB钢的焊接性能分析
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