13CrMo4―5低合金钢焊接工艺评定

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　　摘 要：本文通过对5.1组钢工艺评定参数选取作了描述，并过对工艺评定制作过程中出现的问题进行了分析以及对参数进行了调整，按照改进后的参数制作了工艺评定并成功应用于台山核电现场焊口焊接。
　　关键词：5.1组钢；分析；调整；焊接工艺评定
　　0 引言
　　台山核电站主给水控制阀阀体材质为G17CrMo5-5的低合金钢，尺寸为Ф514.4×38mm，与之连接的的管道材质为1.0565，下面通过低合金钢焊接工艺评定制作过程中出现的问题进行分析，来说明焊接过程中的控制要点。
　　1工艺评定制作
　　1.1 工艺评定母材选取
　　根据ISO/TR15608，G17CrMo5-5为5.1组钢，1.0565为1.2组钢。根据DIN EN ISO 15614-1工艺评定母材覆盖原则选择采购材质为13CrMo4-5、尺寸为Ф514.4×38mm、生产标准为EN 10216-2的低合金钢无缝钢管作为工艺评定的母材。
　　1.2 工艺评定焊材的选取
　　5.1组钢的划分原则是不含钒且C≤0.35%的Cr-Mo钢（即0.75%≤Cr≤1.5%，且Mo≤0.7%的钢材）。根据RCCM2007 S2000篇，符合5.1组钢的焊丝标准为AWS A5.28，型号为ER80S-B2；焊条标准为AWS A5.5，型号为E8018-B2。
　　1.3 工艺参数的选取
　　根据RCCM2007版，工艺参数选取为：焊前母材预热温度为≥125℃，焊接道间温度为≤230℃，焊后热处理温度为≥125℃保持时间≥1小时。消除应力热处理：加热速度，先自由升温到350℃，然后以≤110℃/h加热至595～675℃保持2小时；冷却速度，以≤110℃/h冷却至350℃，然后自由冷却到室温。
　　焊接坡口形式为双边单面V型坡口，组对间隙1～4mm，坡口角度20±2.5°，圆弧半径R=5 mm，钝边高度10 mm。焊接方法为TIG（打底）+SMAW（填充和盖面），TIG时使用99.99%氩气以5～15L/min的流量进行气体保护。TIG电流范围：15～280A；SMAW电流范围：90～130A。
　　1.4 焊接过程中的实际参数
　　TIG电流范围为：67.15～132.25A；SMAW电流范围为：93.5～130A；道间温度为：≤223℃。TIG热输入为：0.455～1.041KJ/mm；SMAW热输入为：1.595～4.791 KJ/mm。气体保护的流量为≥13.5L/min。
　　1.5 试件检验结果
　　通过截取34个试件对工艺评定结果进行判断，试验结果为：室温圆柱棒纵向拉伸试件CT2延伸率低于20%，不合格；焊缝区冲击试验试件W4、W5、W6平均值低于60J，不合格；母材金属冲击试验试件B2、B3，最小值低于42J、平均值低于60J，不合格；热影响区冲击试验试件H5、H6、H10，最小值低于42J、平均值低于60J，不合格。金相试件&硬度试件MA不合格。工艺评定制作不合格。
　　2 工艺评定制作不合格原因分析及改进
　　2.1根据焊接工艺评定线能量和理化试验情况，试验值偏低的部位大部分出现在分层取样的底层。试件检验结果不合格的原因分析如下：
　　1）根据冲击试件理化实验结果值，13CrMo4-5母材在0℃冲击时出现了脆断现象。由于管材的厚度较厚，分层取样时下层和上层之间焊接时熔敷金属从焊条熔化到金属冷却的速度不同，使焊缝的韧性发生改变，这是导致冲击试验值偏低的原因。
　　2）下层取样时，圆棒的中心部位受母材影响较严重，易出现强度提高、韧性降低的问题， 从而导致室温圆柱棒纵向拉伸试件的延伸率低于20%。
　　3）线能量选择不合理，是微观金相不合格的原因。金相照片显示组织中有少量马氏体，硬度值（HV10）大于320。线能量输入过大，容易造成接头和热影响区组织过热，产生过热组织，而使其脆化，降低焊缝和热影响区的硬度和韧性；线能量输入小，焊接热输入不足，熔池温度不够，冷却速度快，容易产生淬硬组织，如马氏体。
　　2.2 根据分析结果对实际焊接参数进行调整
　　焊接电流：TIG的电流范围是15A～280A，实际焊接时电流控制在80～147A，SMAW的电流范围是90A～130A，实际焊接时电流控制在105～124A。
　　焊接线能量：TIG焊接时，实际焊接速度控制在25min/道～28min/道；SMAW焊接时，实际焊接速度控制22min/道～32min/道。
　　道间温度控制在≥125℃且≤205℃。
　　消除应力热处理：保温温度为650℃，保温时间是2h。加热（或冷却）速度≤144℃/h。
　　理化试样加工注意事项：若试件无损检验存在缺陷且在合格范围内，试样加工前，应在试件上标明缺陷位置，避开缺陷取样。取样时必须按照技术规程中试样截取图上的要求取样，试样尺寸必须满足图纸尺寸要求。由于下层试样有母材影响，导致力学性能降低，焊缝熔敷金属拉伸试验和冲击下层沿着中心线的位置取样。试样采用机械加工或磨削方法制备，应防止加工表面的应变硬化或材料过热，加工过程中必须使用冷却液进行降温。
　　2.3 通过按照改进后的参数对工艺评定进行再次制作，试件理化试验结果满足标准要求，工艺评定制作合格。
　　3 结论
　　目前此工艺已应用于台山核电现场5.1组钢焊口焊接及焊接见证件制作，目前已焊接94个焊口，全部合格；制作2个焊接见证件，相关取样试件实验结果满足RCCM2007要求。
　　参考文献：
　　[1]ISO/TR 15608焊接-金属材料分类指南
　　[2]DIN EN ISO 15614-1金属材料焊接程序的规范和鉴定.焊接程序试验.第1部分：钢的弧焊和气焊以及镍和镍合金的弧焊
　　[3]李亚江，王娟，刘鹏.低合金钢焊接及工程应用[M]，北京：化学工业出版社，2003.
　　[4]EN 10216-2-2002承压用无缝钢管---交货技术条件第二部分：规定高温性能的合金与非合金与钢管
　　[5]RCCM 2007压水堆核电站核岛机械设备设计与建造法则2007版
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