11
0.20~0.6

0.04~0.12

≤0.035

≤0.035

15mnvr鋼機械性能表：

鋼號

抗拉強度

σb

屈服點

σs

伸長率

δ5≥

1800彎曲試驗

15mnvr

530~675

390

11
18

d=3a

注：d=彎心直徑a=試樣厚度

這類鋼是在16mn基礎上加入少量v來達到細化晶粒和沉淀強化的。此鋼雖在正火狀態(tài)下使用，但由于碳化釩的分布形式和彌散強化程度與熱軋溫度、冷卻速度有很大的關系。因此它的性能在熱扎狀態(tài)下會有較大的波動，非凡是板厚增加時更為嚴重。由于此鋼實質(zhì)上應屬于沉淀強化類型的鋼，因此只有通過正火使晶粒和碳化鋼均勻彌散析出后，才能獲得較高的塑性和韌性，所以這種鋼在簽定合同時要求正火狀態(tài)下交貨，并經(jīng)ⅱ級無損檢驗合格后交貨。正火的目的是為了使這些合金元素能以細小的化合物質(zhì)從固溶體中析出，并同時起細化晶粒的作用，是在提高強度的同時，適當?shù)馗纳屏虽摬牡乃苄院晚g性，以達到強的綜合性能。

15mnvr鋼的焊接性分析

通過15mnvr的鋼特性可以看出此鋼材的焊接較好。

本結主要通過工藝因素來描述15mnvr的焊接性。15mnvr鋼焊接性通常出現(xiàn)兩方面的問題：一是焊接引起的各種冶金缺陷，主要是各類裂紋問題；二是焊接時材料性能的變化。

預防焊縫中的熱裂紋

從正火鋼成分來看，此鋼含碳量較低，含mn量較高，mn/s比能達到要求，具有較好的抗熱裂性能，正常情況下焊縫中不會出現(xiàn)熱裂紋。但當材料成分不合格，或因嚴重偏析使局部c、s含量偏高時，輕易出現(xiàn)熱裂紋。在這種情況下，在焊接材料上采用含mn較高的焊絲和含sio2較低的焊劑，以此降低焊縫中的含碳量和提高焊縫中的含錳量，可解決熱裂紋的問題。在阿鳩田工程中使用焊絲h10mn2、焊劑hj431。

預防焊縫中的冷裂紋

冷裂紋是焊接15mnvr鋼時的一個主要問題。從材料本身考慮淬硬組織，是引起冷裂紋的決定性因素，由于正火鋼的強度級別較高，合金元素的含量較多。因此與低碳鋼相比，焊接性差別就大。碳當量與冷裂紋傾向的關系。從前面分析材料的淬硬傾向影響冷裂紋傾向，而淬硬傾向又主要取決于鋼的化學成分，其中以碳的作用為明顯。因此，可以通過一些經(jīng)驗性的碳當量公式來粗略地估計和對此不同鋼材的冷裂紋傾向，為了減少含c量，來提高15mnvr的焊接性，但為了彌補強度的損失必須添加一些合金元素v。但碳當量不能精確地判定冷裂紋的產(chǎn)生與否，因為冷裂紋的產(chǎn)生除了成分外還和其他因素有關。為了避免冷裂紋的產(chǎn)生，就需要采取較嚴格的工藝措施，在阿鳩田工程中嚴格控制線能量、焊前預熱和焊后保溫等措施。

再熱裂紋

15mnvr鋼，對再熱裂紋不敏感。

層狀撕裂

產(chǎn)生層狀撕裂不受鋼材的種類和強度級別的限制，撕裂與板厚有關。由于阿鳩田電站采用15mnvr鋼薄厚度為δ=28mm，輕易產(chǎn)生層狀撕裂。從鋼板本身來說，主要取決于冶煉條件，鋼板出廠必須進行無損檢驗，達到ⅱ級探傷合格準予出廠。在阿鳩田工程施工過程中一般對厚度超過32mm，采取了150c預熱，在整個施工過程中未見層狀撕裂現(xiàn)象。

15mnvr鋼驗收

15mnvr鋼應符合《低合金高強度結構鋼》gb/t1591-199gb6654—1996的規(guī)定，并具有出廠合格證實書和質(zhì)量保證書。15mnvr鋼使用前按gb6654-1996容器板檢查驗收。鋼板的運輸和存放應避免變形、銹蝕、損壞等。

15mnvr鋼用焊接材料

焊接材料是決定焊接質(zhì)量的主要因素。焊接材料選擇根據(jù)15mnvr的力學性能、化學成分、接頭鋼性及鋼管的坡口形式和使用要求選取。在阿鳩田工程中手弧焊選取e5015焊條，焊絲選取h10mn2，焊劑選hj431。選取以上焊接材料必須具有出廠合格證實書和質(zhì)量保證書。

焊條、焊絲及焊劑的儲存和保管應按jb3223-83《焊條質(zhì)量治理規(guī)程》的規(guī)定執(zhí)行。

焊條和焊劑使用前嚴格按使用說明書的規(guī)定進行烘干；焊絲存放在干燥的地方以防止受潮生銹。焊條、焊絲與焊劑有專人負責保管、烘干和發(fā)放，并有具體的記錄。

烘干后的焊條和焊劑保存在100—150c的恒溫箱內(nèi)，隨取隨用；每位焊工備有保溫筒，使用過程中保溫筒通電加熱，焊條用一根取一根。焊條烘干后在保溫筒內(nèi)超過4h后應重新烘干，烘干次數(shù)不宜超過兩次。

使用的焊劑，按廠方提供的使用要求執(zhí)行。焊劑烘干后，取出的焊劑放在密封的容器中帶到現(xiàn)場使用，烘干后的焊劑在空氣中4h以上重新烘干，烘干次數(shù)不超過3次。熔化過的焊劑不再使用，使用過的焊劑，要用米篩篩選，嚴防氧化皮等雜物混入，并經(jīng)重新烘干才能再次使用。以防浪費，焊劑可反復使用，但不斷添加一些新烘干的焊劑，并摻和均勻。

焊接人員

焊接人員除合格的焊工外，配備專門的焊接技術人員，焊接檢查員和無損檢驗員。

參加15mnvr鋼焊接施工人員和施工治理人員均進行技術交底，以了解15mnvr鋼的焊接特點、控制項目及控制方法。焊工按水利部標準進行培訓和考核合格，持操作證書和等級證書的合格焊工上崗。

焊接設備

焊接設備采用參數(shù)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活和安全可靠的直流逆變焊機。在施焊前，焊機上的電流電壓表必須檢定合格，埋弧焊機采用mz1—1000型，電源電纜必須滿足大電流焊接的要求。
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下料

15mnvr鋼劃線時要避免使用樣沖，不可留下有害痕跡，對岔管下料用樣沖時，使用尖部較鈍的，并打在管壁內(nèi)側。15mnvr鋼可用火焰下料，不答應用火焰預熱和后熱。采用半自動切割機方法下料，以保證切割面質(zhì)量。手工火焰切割只對岔管管節(jié)難以用半自動切割機實現(xiàn)的部位，切割后要求修磨平整。

坡口制備

由于阿鳩田電站鋼管所用鋼板為雙定尺鋼板，所以下料時就一起將坡口用半自動切割機制備，坡口型式、尺寸滿足焊接及施工圖紙要求。組對前，坡口面及坡口每側10—20mm范圍內(nèi)的毛刺、鐵銹、氧化皮、渣等要清除干凈。

預熱

通過分析15mnvr鋼的焊接性，此鋼ceq=0.47%超過0.4%。在阿鳩田工程中15mnvr鋼對厚度δ〈32mm的鋼板，鋼管焊接不需要預熱，當管板厚度δ≥32mm時，鋼管焊接需要用履帶式電加熱器進行100—150c加熱0.5h。

焊接工藝

本焊接工藝卡片是在焊接試驗及工藝評定的基礎上編制的。

15mnvr鋼焊接要點：

由于阿鳩田電站采用15mnvr鋼的鋼板厚度小為28mm，對于板厚≥32mm的鋼板焊接采用預熱措施，預熱溫度在150℃-200℃。

2焊接層間溫度200℃，焊接線能量15kj/cm—55kj/cm。

埋弧自動焊采用h10mn2ф0的焊絲，直流反接，焊接電流700—750a，電弧電壓36—39v，焊接速度22m/h。

3焊接工藝卡片

焊接工藝卡片見附錄1

15mnvr鋼的焊接要求

1定位焊：定位焊一般焊在后焊側坡口內(nèi)，后焊坡口側焊前必須清除定位焊道，定位焊長應為80mm，間距350mm。

2施焊前，應檢查坡口組對質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)尺寸超差或坡口及其四周有缺陷，應處理后放可施焊。

3焊工要嚴格按照15mnvr鋼的焊接工藝卡進行施焊。

4焊接檢查員在施焊過程中必須嚴格監(jiān)測和控制預熱溫度、道間溫度及焊接線能量，并對每條焊縫進行實際施焊規(guī)范參數(shù)記錄。

5嚴禁在非焊接部位的母材上引弧，試電流及焊接臨時支架。

6除焊縫外，埋弧焊及手工焊均應設引弧板，其尺寸為：埋弧焊大于等于50×100mm2，手弧焊可適當把握。

7雙面焊的焊縫，一側焊后，另一側可采用碳弧氣刨清根。清根時埋弧焊必須清到道縫完全露出，手工焊第一道縫必須完全清楚。碳弧氣刨清根用壓縮空氣包含水分和油分加以限制。

8多層多道焊時，將每道的溶渣、飛濺仔細清理，自檢合格后，方可進行下一道焊接。焊縫的表面盡可能平滑，咬邊、焊瘤、焊趾過度角過大的部位要用細紗輪仔細打磨，使表面光滑平整。

9每條焊縫進行編號，并記下施焊焊工姓名或代號存檔。禁止打焊工鋼號。工卡具的去除嚴禁用錘擊法，應用碳弧氣刨或氣割在離管壁3mm以上外切除，嚴禁損傷母材，然后用砂輪打磨平整，并進行滲漏探傷和磁粉探傷，由于非凡原因中途停焊時，應立即進行后熱保溫，再次焊接時應全部進行預熱后方可按原焊縫要求進行焊接。

焊件矯形及后熱消除應力

9.焊件矯形應用機械方法進行，不得熱矯形。

9.消除焊接應力，采用加熱到250—300℃后熱方法，保溫2h—8h，分階段降溫方法。

焊縫質(zhì)量檢驗

10.焊縫焊后，首先進行外觀檢查。外觀檢查合格后方可進行內(nèi)部質(zhì)量檢查，內(nèi)部質(zhì)量無損檢查在焊縫焊完48h后進行。

10.焊縫外觀質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量檢查按gb3323—1987《鋼熔化焊接對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》、gb11345—1989《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》、jb3965—1985《鋼制壓力容器磁粉探傷》等規(guī)范要求進行。

1修補

手工焊或埋弧焊假如出現(xiàn)了問題就要進行修補，修補注重如下幾條：

1焊件表面被電弧、碳弧氣刨等損傷處必須用砂輪打磨、平滑過度，然后應進行滲漏或磁粉探傷。打磨深度超過板厚10%或大于2mm時，應進行焊接修補。

1焊縫內(nèi)部超標缺陷，表面裂紋修補前，應分析原因，指定切實可行的修補方案。

1局部焊縫修補時預熱應在修補處四面15mm范圍內(nèi)進行，預熱溫度控制在120—170c。

1焊縫缺陷可用碳弧氣刨，砂輪機打磨方法清除，不答應用電弧或氣刨火焰熔除，用碳弧氣刨清除后再用砂輪機清除滲碳層。焊縫缺陷清除后，不答應有毛刺和凹痕，坡口底部應圓滑過渡。

1焊縫缺陷修補施焊與原焊縫相同，焊接修補后要后熱，后熱溫度與原焊縫相同。

1缺陷修補只答應一次，同一部位修補超過一次應經(jīng)焊接技術負責人研究批準后方可進行。

1修補后按原焊縫的質(zhì)量要求，檢查方法對修補處及其四周進行100%檢查。其中內(nèi)部質(zhì)量檢驗應再修補完成48h后進行。

1結束語

目前，我國水電建設突飛猛進，不僅機組發(fā)電容量增大，鋼管直徑越來越大，其建設項目的比重大副度增加，管線壓力越來越高，管線鋼等級40公斤級、60公斤級、70公斤級等高強鋼的使用日趨廣泛。我局長期致力于水電站壓力鋼管制造，進行多方面的研究開發(fā)工作，為我國水電事業(yè)的建設作出了貢獻。附錄1焊接工藝卡片1

單位名稱：中水十一局機電安裝分局阿鳩田項目部
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焊接工藝評定告編號：2003-10

焊接方法：手工電弧焊機械化程度：手工

焊接接頭：

坡口形式：偏心雙v形坡口襯墊：無

焊接層次和順序：見上圖

母材：

阿鳩田電站板厚δ=28~46mm，15mnvr的鋼管，與板厚δ=28~46mm，15mnvr的鋼管環(huán)縫對接焊縫；單節(jié)管節(jié)組裝縱縫對接焊縫。

焊接材料：

焊條牌號：e5015規(guī)格：фф0、ф0

焊接位置：

對接焊縫的位置：平位

焊接方向：向下

預熱：

預熱溫度：150℃—200℃

層間溫度：200℃

焊接工藝卡片1

焊后熱處理：

溫度范圍：250℃—300℃

保溫時間：2h、4h、6h、8h

保持預熱時間：0.5h

加熱方式：履帶式電加熱器

電特性：

電流種類：直流極性：直流反接

焊接電流范圍：ф295-105a、ф0155-175a、ф0200-215a

電弧電壓：ф219.6-22v、ф022-25v、ф024-28v

焊道

焊接方法

填充材料

焊接電流

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電弧電壓

焊接速度

線能量

牌號

直徑

極性

電流

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技術措施：

手工電弧焊水平向下焊接，焊條擺動4-6mm，在焊前，焊道坡口及兩側30-50mm寬的范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水分等雜質(zhì)清理干凈，每道層間焊縫藥皮清理干凈。阿鳩田電站鋼管的鋼板厚度較厚，采用多層多道焊接方法，背面采用碳弧氣刨方法清根。對板厚δ=46mm的岔管，各管節(jié)焊接采用風鏟震動錘擊消除焊接應力。

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編制

日期

審核

日期

批準

日期

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焊接工藝卡片2

單位名稱：中水十一局機電安裝分局阿鳩田項目部

焊接工藝評定告編號：2003-16

焊接方法：埋弧自動焊機械化程度：半自動

焊接接頭：

坡口形式：偏心雙v形坡口襯墊：無

焊接層次和順序：見上圖

母材：

阿鳩田電站板厚δ=28~46mm，15mnvr的鋼管，與板厚δ=28~46mm，15mnvr的鋼管環(huán)縫對接焊縫；單節(jié)管節(jié)組裝縱縫對接焊縫。

焊接材料：

焊絲牌號：h10mn2規(guī)格：ф0、ф0焊劑牌號：hj431

焊接位置：

對接焊縫的位置：平位

焊接方向：向下

預熱：

預熱溫度：150℃—200℃

層間溫度：200℃

焊接工藝卡片2

焊后熱處理：

溫度范圍：250℃—300℃

保溫時間：2h、4h、6h、8h

保持預熱時間：0.5h

加熱方式：履帶式電加熱器

電特性：

電流種類：直流極性：直流反接

焊接電流范圍：ф0600-650a、ф0700-750a

電弧電壓：ф032-34v、ф036-39v

焊道

焊接方法

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填充材料

焊接電流

電弧電壓

焊接速度

線能量

牌號

直徑

極性

電流

11

1

技術措施：

埋弧半自動弧焊水平向下焊接，在焊前焊道坡口及兩側30-50mm寬的范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水分等雜質(zhì)清理干凈，每道層間焊縫藥皮清理干凈。阿鳩田電站鋼管的鋼板厚度較厚，采用多層多道焊接方法，背面采用碳弧氣刨方法清根。對板厚δ=46mm的岔管，各管節(jié)焊接采用風鏟震動錘擊消除焊接應力。