摘要：本技术是在云南保山苏帕河阿鸠田引水式电站压力钢管（该电站钢管采用15MnVR合金结构钢）焊接试验基础上及焊接施工过程中总结出来的，在此强调了焊接该钢时应特别注意的事项，对于其他一般性焊接要求，15MnVR钢的焊接仍需遵守DL/T5017—93《压力钢管制造安装及验收规范》有关标准或规范的规定。
关键词：钢管 材料 焊接 技术
1、材料
1.1、15MnVR钢（母材）
1.1.1、15MnVR钢特性
15MnVR钢属于正火状态下交货的合金容器钢。（正火钢是指在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性的一类低合金高强钢）
15MnVR钢化学成分表：
|
钢号 |
化 学 成 分（%） |
|
C |
Mn |
Si |
V |
Ti |
Nb |
MO |
N |
RE加入量 |
S |
P |
|
15MnVR |
≤0.18 |
1.2~1.6 |
0.20~0.6 |
0.04~0.12 |
|
|
|
|
|
≤0.035 |
≤0.035 |
15MnVR钢机械性能表：
|
钢号 |
抗拉强度
σb（MPa） |
屈服点
σs（MPa） |
伸长率
δ5≥（%） |
1800弯曲试验
|
|
15MnVR |
530~675 |
390 |
18 |
d=3a |
注：d=弯心直径 a=试样厚度
这类钢是在16Mn基础上加入少量V（0.04%—0.12%）来达到细化晶粒和沉淀强化的。此钢虽在正火状态下使用，但由于碳化钒的分布形式和弥散强化程度与热轧温度、冷却速度有很大的关系。因此它的性能在热扎状态下会有较大的波动，特别是板厚增加时更为严重。由于此钢实质上应属于沉淀强化类型的钢，因此只有通过正火使晶粒和碳化钢均匀弥散析出后，才能获得较高的塑性和韧性，所以这种钢在签定合同时要求正火状态下交货，并经Ⅱ级无损检验合格后交货。正火的目的是为了使这些合金元素能以细小的化合物质从固溶体中析出，并同时起细化晶粒的作用，是在提高强度的同时，适当地改善了钢材的塑性和韧性，以达到最强的综合性能。
1.1.2、15MnVR钢的焊接性分析
通过15MnVR的钢特性可以看出此钢材的焊接较好。
本结主要通过工艺因素来描述15MnVR的焊接性。（影响焊接性的主要有材料因素、工艺因素、结构因素及使用因素。）15MnVR钢焊接性通常出现两方面的问题：一是焊接引起的各种冶金缺陷，主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化。
1.1.2.1、预防焊缝中的热裂纹
从正火钢成分来看，此钢含碳量较低，含Mn量较高，Mn/S（含S元素多导致热裂纹）比能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部C、S含量偏高时，容易出现热裂纹。在这种情况下，在焊接材料上采用含Mn较高的焊丝和含SiO2较低的焊剂，以此降低焊缝中的含碳量和提高焊缝中的含锰量，可解决热裂纹的问题。在阿鸠田工程中使用焊丝H10Mn2、焊剂HJ431。
1.1.2.2、预防焊缝中的冷裂纹
冷裂纹是焊接15MnVR钢时的一个主要问题。（a）从材料本身考虑淬硬组织，是引起冷裂纹的决定性因素，由于正火钢的强度级别较高，合金元素的含量较多。因此与低碳钢相比，焊接性差别就大。（b）碳当量与冷裂纹倾向的关系。从前面分析材料的淬硬倾向影响冷裂纹倾向，而淬硬倾向又主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最为明显。因此，可以通过一些经验性的碳当量公式来粗略地估计和对此不同钢材的冷裂纹倾向，为了减少含C量，来提高15MnVR的焊接性，但为了弥补强度的损失必须添加一些合金元素V。但碳当量不能精确地判断冷裂纹的产生与否，因为冷裂纹的产生除了成分外还和其他因素有关。为了避免冷裂纹的产生，就需要采取较严格的工艺措施，在阿鸠田工程中严格控制线能量、焊前预热和焊后保温等措施。
1.1.2.3、再热裂纹
15MnVR钢，对再热裂纹不敏感。
1.1.2.4、层状撕裂
产生层状撕裂不受钢材的种类和强度级别的限制，撕裂与板厚有关。由于阿鸠田电站采用15MnVR钢最薄厚度为δ=28mm，容易产生层状撕裂。从钢板本身来说，主要取决于冶炼条件，钢板出厂必须进行无损检验，达到Ⅱ级探伤合格准予出厂。在阿鸠田工程过程中一般对厚度超过32mm，采取了150ºC预热，在整个施工过程中未见层状撕裂现象。
1.1.3、15MnVR钢验收
15MnVR钢应符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994、GB6654—1996的规定，并具有出厂合格证明书和质量保证书。15MnVR钢使用前按GB6654-1996容器板检查验收。钢板的运输和存放应避免变形、锈蚀、损坏等。
1.2、15MnVR钢用焊接材料
1.2.1、焊接材料是决定焊接质量的主要因素。焊接材料选择根据15MnVR的力学性能、化学成分、接头钢性及钢管的坡口形式和使用要求选取。在阿鸠田工程中手弧焊选取E5015焊条，焊丝选取H10Mn2，焊剂选HJ431。选取以上焊接材料必须具有出厂合格证明书和质量保证书。
1.2.2、焊条、焊丝及焊剂的储存和保管应按JB3223-83《焊条质量管理规程》的规定执行。
1.2.3、焊条和焊剂使用前严格按使用说明书的规定进行烘干；焊丝存放在干燥的地方以防止受潮生锈。焊条、焊丝与焊剂有专人负责保管、烘干和发放，并有详细的记录。
1.2.4、烘干后的焊条和焊剂保存在100—150ºC的恒温箱内，随取随用；每位焊工备有保温筒，使用过程中保温筒通电加热，焊条用一根取一根。焊条烘干后在保温筒内超过4h后应重新烘干，烘干次数不宜超过两次。
1.2.5、使用的焊剂，按厂方提供的使用要求执行。焊剂烘干后，取出的焊剂放在密封的容器中带到现场使用，烘干后的焊剂在空气中4h以上重新烘干，烘干次数不超过3次。熔化过的焊剂不再使用，使用过的焊剂，要用米筛筛选，严防氧化皮等杂物混入，并经重新烘干才能再次使用。以防浪费，焊剂可反复使用，但不断添加一些新烘干的焊剂，并掺和均匀。
2、焊接人员
2.1、焊接人员除合格的焊工外，配备专门的焊接技术人员，焊接检查员和无损检验员。
2.2、参加15MnVR钢焊接施工人员和施工管理人员均进行技术交底，以了解15MnVR钢的焊接特点、控制项目及控制方法。焊工按部标准进行培训和考核合格，持操作证书和等级证书的合格焊工上岗。
3、焊接设备
焊接设备采用参数稳定、调节灵活和安全可靠的直流逆变焊机。在施焊前，焊机上的电流电压表必须检定合格，埋弧焊机采用MZ1—1000型，电源电缆必须满足大电流焊接的要求。
4、下料
15MnVR钢划线时要避免使用样冲，不可留下有害痕迹，对岔管下料用样冲时，使用尖部较钝的，并打在管壁内侧。15MnVR钢可用火焰下料，不允许用火焰预热和后热。采用半自动切割机方法下料，以保证切割面质量。手工火焰切割只对岔管管节难以用半自动切割机实现的部位，切割后要求修磨平整。
5、坡口制备
由于阿鸠田电站钢管所用钢板为双定尺钢板，所以下料时就一起将坡口用半自动切割机制备，坡口型式、尺寸满足焊接及施工要求。组对前，坡口面及坡口每侧10—20mm范围内的毛刺、铁锈、氧化皮、渣等要清除干净。
6、预热
通过分析15MnVR钢的焊接性，此钢Ceq=0.47%（碳当量）超过0.4%。在阿鸠田工程中15MnVR钢对厚度δ〈32mm的钢板，钢管焊接不需要预热，当管板厚度δ≥32mm时，钢管焊接需要用履带式电加热器进行100—150ºC加热0.5h。
7、焊接工艺
本焊接工艺卡片是在焊接试验及工艺评定的基础上编制的。
15MnVR钢焊接要点：
7.1、由于阿鸠田电站采用15MnVR钢的钢板厚度最小为28mm，对于板厚≥32mm的钢板焊接采用预热措施，预热温度在150℃-200℃。
7.2 焊接层间温度<200℃，焊接线能量15KJ/cm—55KJ/cm。
埋弧自动焊采用H10Mn2 ф5.0的焊丝，直流反接，焊接电流700—750A，电弧电压36—39V，焊接速度22m/h。
7.3焊接工艺卡片
[来源:论文天下论文网 lunwentianxia.com]
