桐柏抽水蓄能电站低碳调质高强钢焊接施工技术

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1、桐柏抽水蓄能电站低碳调质高强钢焊接施工技术林书楦（中国水利水电第十二工程局机电安装分局）摘要本文介绍了桐柏抽水蓄能电站高压引水钢管采用的日本进口NK-HITEN610U2低碳调质高强度钢的性能、焊接特点。以及我局在钢管制造和安装中采取的焊接工艺和工装。关键词桐柏高强钢焊接1概况桐柏电站是我国华东地区继天荒坪电站之后的又一座抽水蓄能电站，电站位于浙江省天台县境内的百丈溪上，电站共安装4台立轴单级混流可逆式水泵水轮发电机组，单机容量为300MW，总装机容量为1200MW，是一座日调节型抽水蓄能电站。该

2、电站输水系统连接上、下水库。输水系统由4条引水高压钢管和尾水钢管组成。每条引水高压支管进口段采用16MnR低合金结构钢，钢管最大直径5500mm，钢板厚度26～40mm。出口段采用日本NKK公司的NK-HITEN610U2低碳高强度调质钢，最小直径3100mm，钢板厚度44～46mm。尾水钢管采用16MnR低合金结构钢，钢管直径7000mm，钢板厚度24mm。钢管制作安装工程量3601.7吨。桐柏电站压力钢管采用的日本NKK公司的610MPa级NK-HITEN610U2低碳调质高强钢的制作安装焊接

3、，是应用国产焊接材料替代日产焊接材料焊接，已知目前在国内尚无先例。在国内已建成的电站如十三陵、小浪底、天生桥等电站，所采用的均为日产焊条和焊丝（通常由钢材供应商提供），虽然有许多成功经验可以借鉴，但采用国产焊接材料（焊丝、焊剂、焊条），国内尚未有过成功的应用经验。因此有许多焊接技术问题要进行攻关解决，诸如焊接材料的选择、钢材预热温度、焊接线能量范围的确定及其控制等等。我局工程技术人员，翻阅了大量的资料，分析高强钢的冶炼过程、化学成份、物理性能和焊接性能，在我国众多的焊接材料生产厂家查找最佳的手弧焊

4、焊条和埋弧自动焊焊丝、焊剂。并开展一系列有针对性的工艺评定试验，通过多组不同牌号焊材焊接后焊缝机械性能、工艺性能的焊接工艺评定论证，选择了最佳的焊接材料、得出最佳焊接工艺。实践证明应用国产焊接材料焊接610MPa级调质高强钢，同样能焊接出强度和冲击韧性符合要求的优质焊接接头。2NK-HITEN610U2钢材简介桐柏电站高压引水钢管所用的日本NKK司生产的NK-HITEN610U2钢板，厚44、46mm，调质状态供货，这是一种ω（c、s）很低的Cr-Mo-V系合金钢，有着优良的综合机械性能，抗拉强度

5、≥610Mpa，低温冲击韧性AkV-40℃＝320J，脆性断面转变温度υts=－36℃。而碳当量Ceq=0.35％，裂纹敏感系数Pcm=0.185％，当热输入量为17kj/cm时，焊接热影响区的最高硬度HVmax≤300。可见是一种焊接性和抗裂性很好的钢材，这种性能对厚板的焊接更显优越性。NK-610U2钢的优良的力学性能是靠调质处理后获得的回火马氏体+下贝氏体组织而保证的，其回火温度一般是590～630℃，因此对这些钢材的一切热加工都不应超过其回火温度，超过回火温度以后，母材的抗拉强度将明显的下

6、降。在焊接施工过程中，焊接热影响区必然有一部分区域超过这一温度，特别是熔合线附近的过热区。焊接施工中是靠t8/5控制的，实际上就是靠控制焊接热输入来实现的。日本NKK公司通过对NK-HITEN610U2钢进行的大量科学试验得出该钢种焊接施工的热输入按≤40kj/cm控制，这意味着超过这一参数，接头的机械性能将得不到保证。焊接热输入量大了，过热区尺寸变大，在高温停留时间长，t8/5延长，将产生粗大的魏氏体、铁素体或出现岛状马氏体及上贝氏体，破坏了原来的调质组织，致使强度极限、韧性指标都下降。生产实践

7、表明焊接热输入是影响焊接接头特别是热影响区的重要控制参数。低温冲击韧性AkV-40℃是检验焊接头性能的重要参数，但不是唯一的，假如我们用热输入量为70kj/cm时，热影响区可能取得AkV-40℃≥47J（设计合格标准），而从试验看到脆性断面转变温度υts≈0℃，这是很危险的。焊接施工过程中，如何来控制焊接热输入呢？主要是控制焊接线能量。我们知道，焊接线能量E=A×V／υ，所以要处理好焊接电流、电弧电压、焊接速度三者的关系，就是小电流、窄焊道、快速焊。3桐柏电站高强钢管焊接施工方法及工艺桐柏电站高强

8、钢管的制造在桐柏工地的厂房内，全部采用埋弧自动焊接。钢管安装现场采用手工电弧焊。3.1埋弧自动焊工艺高强钢管的纵缝和环缝埋弧自动焊接，是在平焊位置施焊。钢板厚度44、46mm，埋弧焊坡口型式为X形、内壁a=50°、外壁a1=70°、P=4mm、b=0～0.5mm。这种坡口在反面气刨清根刨掉根层焊道后正反面熔敷金属相同,有效地减少角变形，钝边4mm不留间隙可不加焊剂垫焊接，又可减少了工装和工序，提高了效益。埋弧自动焊坡口如下图:(1)、焊前准备①.坡口尺寸不符合设计图时应进行补磨。焊