本文原為高力生教授、潘際鑾院士和閆炳義高級技師(焊接)參加三峽總公司召開的“三峽工程金屬結構焊接專家咨詢會”后的一個書面意見。編者將其節錄整編成文予以發表,以期對三峽工程金屬結構焊接技術的提高有所裨益。
三峽工程目前正在施工的重要結構主要有電站壓力鋼管、水輪機座和船閘門,其中水輪機座的施工工藝質量由國外公司負責,其余兩項由國內制造商和施工單位承包,閘門制造多由國內知名船廠承擔,具焊接工藝比較成熟,相對船體制造的沒備和工藝已不是什么難事;由于材料為強度級別較低(Q345)的低合金鋼,所以今后的主要問題是工地安裝時,如何提高效率,降低成本。
壓力鋼管的制作和安裝將成為主要矛盾,工程前期共有壓力鋼管14條,約22500t,由于材料復雜(上段為16MnR,下段為610U2低合金高強鋼),板厚度大(最厚達58mm),特別是管道直徑大(φ12499mm),安裝位置復雜,因此不同于常規管道的制作和安裝。
此次有幸參加了三峽開發總公司工程建設部組織的“三峽工程金屬結構焊接技術專家咨詢會”,受益匪淺,但由于時間太短,會前對幾個承包單位的工作和試驗資料未及仔細學習,所以有些意見未能允分表達,現對有些觀點加以說明。
1、三峽工程壓力鋼管的選材思想和實踐是成功的
上段選用16MnR、下段選日本NKK的60kg級的610U2都是可焊性好的鋼種,特別是日本的610U2,屬于低碳調質鋼中的焊接無裂紋鋼(CF鋼),其特點是含碳量低(≤0.09)、總碳當量低(CEQ2=0.39%)、裂紋敏感系數低(PCM≤0.19)。由于在鋼材生產過程中采用新技術,如在線余熱淬火等,在碳當量不大情況下,增加其淬透性,并加入多種微量元素,所以能在保證高強度的同時提高其塑性和韌性(-40℃時其AKv>200J甚至達300以上),增加了在減輕重量情況下得到高質量焊縫的可能性。
2、從焊接設計出發,選擇焊材的原則
16MnR是焊接結構應用最多的鋼種,一般焊縫按等強設計,此鋼種國內的焊接材料、焊接方法配套均非常成熟。
關于610U2類型的低碳調質鋼,本來其可焊性也是較好的,但是在焊接時若處理不當,在熔合區的冷裂和影響區的脆化和軟化等缺陷也有發生,在特殊情況下特別是在工地安裝中,對焊接熱輸入和預熱等方面有一定要求。
焊接無裂紋鋼種,采用低H或超低H焊材,在板厚50mm以下或在0℃以上環境均可不預熱。此種鋼冶煉技術優越,其力學指標突出,特別是在屈強比的沖擊性能方面(如本次選用的610U2就是這樣),但在焊接時,如要求焊縫沖擊性能達到母材要求,這顯然是不合適,焊縫設計其力學指標以工作要求為主,不低于母材力學指標的保證值,再留有適當余量,而不應該以母材的實測值為標準,有時為了提高焊縫的塑韌性可適當降低焊縫的設計強度指標。實踐證明,低強匹配的焊縫,往往能提高焊縫的韌性和抗裂紋敏感性。