800MPa级高强钢B780CF焊接工艺试验研究

【摘 要】B780CF是用于制作水电站压力钢管、钢岔管和蜗壳的国产高强度调质钢板。为了保证焊接生产的顺利进行，针对焊接冷裂纹敏感性，对B780CF进行了一系列焊接试验研究，确定了该材料合理的焊接工艺方案。

【关键词】B780CF；HS-80A；冷裂纹；横向裂纹；焊接线能量

1、概述

近年来，我国在高水头水轮机组的制造方面取得了很大的进步，除了设计的优化、工艺创新以外，制造材料的应用也由原来500MPa强度级别钢板逐步升级为600MPa强度级别、800MPa强度级别的钢板。

我公司承制的某抽水蓄能电站4台份水轮机，单机容量为375MW，额定水头为447m。钢岔管是引水系统的重要组成部分。其设计压力为7.8Mpa，工地水压试验压力为9.8MPa。钢岔管主管直径为φ5M，支管直径为φ3.5M。钢岔管均采用B780CF钢板，管壁厚度为60mm，月牙肋厚度为120mm。

B780CF是上海宝山钢铁公司生产的800MPa级高强调质钢板，具有很高的抗拉强度和冲击韧性，适合于水电站压力钢管、钢岔管、蜗壳等承压部件。但高强钢的合金体系比较复杂，碳当量较高，焊接性较差。针对B780CF的焊接性问题，采用熔化极气体保护焊方法进行了一系列焊接试验。

2、焊接试验用材料

2.1钢材B780CF化学成分和力学性能分别见表1和表2。

2.2焊接材料HS-80A的化学成分和熔敷金属力学性能分别见表3和表4。

2.3焊接保护气体：78%Ar+22%CO2。

3、焊接热影响区最高硬度试验

焊接热影响区最高硬度试验是以热影响区最高硬度来相对地评价钢材冷裂倾向的试验方法。焊接热影响区最高硬度比碳当量能更好的判断钢种的淬硬倾向和冷裂的敏感性，因为其不仅反映了钢种化学成分的影响，而且也反映了金属组织的作用[2]。

试验按照GB 4675.5-1984的规定进行，试板厚度20mm，2块试板分别按照室温和预热温度80℃进行焊接。结果表面，室温试件的热影响区最高硬度值为HV335，预热温度试件为HV325。

4、斜Y型坡口焊接裂纹试验

斜Y型坡口焊接裂纹试验是最常用的金属焊接性的试验方法，用于评定焊缝区和热影响区冷裂倾向的试验方法[1]，通过不同预热温度条件下的裂纹率确定合适的焊接预热温度。

试验按照GB4675.1-1984《焊接性试验斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》规定执行，根据钢岔管管壁厚度确定试验试板厚度为50mm，并选取预热温度为20℃、50℃、80℃进行试验，试验结果见表5。由结果可以看出，预热80℃时，三组试板的表面、根部、断面均未发现裂纹。对于B780CF钢板，使用熔化极气体保护焊方法，在预热温度80℃以上，就不会产生冷裂纹。

5、焊接线能量试验

焊接线能量指单位长度焊缝上的热输入能量。焊接线能量影响焊接接头的冶金反应和综合力学性能，过大的线能量会使焊缝热循环的高温停留时间增大，降低焊接接头的冷却速度，并且延长凝固时间。为了得到理想的力学性能，选取15KJ/cm、20KJ/cm、25KJ/cm、30KJ/cm四个线能量段进行试验，试板厚度40mm，预热温度80℃。

试验结果如表6所示。可以看出，随着焊接热输入量增加，焊缝金属抗拉强度及屈服强度均呈下降趋势，采用过大的热输入量焊接有可能导致焊缝金属的强度低于B780CF钢的设计标准；焊接线能量变化对焊接接头-40℃冲击性能影响不明显，焊接接头低温韧性稳定，处于较高的水平上。但考虑到实际生产时的工况比较复杂，焊缝质量有很多不可控因素，在实际焊接过程中的规范最好控制在20KJ/cm以下。

6、结论

6.1钢材B780CF有一定的焊接冷裂倾向，采用熔化极气体保护焊方法时，焊前预热温度80℃可以防止冷裂纹的产生。

6.2焊接B780CF时选用的焊丝HS-80A，工艺性能良好，力学性能满足实际的设计要求，可以做为B780CF配套的焊材。

6.3为了防止焊接线能量对焊接接头综合力学性能的影响，实际生产时，B780CF采用熔化极气体保护焊方法时控制线能量在20KJ/cm以下。