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摘要: 本文结合云南金汉拉扎电站压力钢管的制作，在力学性能试验的基础上，通过对比分析评估卷制处理后Q345C钢焊接接头的质量。
关键词 卷制处理 力学性能试验 Q345C钢焊接接头质量
Abstract: This paper combines Yunnan Jinhan Hydropower Station Penstock manufacture, in on the basis of mechanical property test, through the contrast analysis of assessment of rolling processing of Q345C steel welded joint quality.
Keywords: rolling processing mechanical properties test Q345C steel welding joint quality
中图分类号：TM621文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
云南金汉拉扎水电站引水压力钢管主管直径φ2200mm，支管直径φ1500mm/φ900mm，钢管（衬）采用Q345C钢材，岔管采用Y型加月牙肋板形式，主材为WDB620高强钢，压力钢管总工程量为1493.03T。由于供货为非定制板材，钢板长度不定，给现场制作带来一定的麻烦，结合钢管制作现场实际情况，项目部决定在试验论证的基础上，采用钢板对接后卷制成形工艺进行压力钢管的制作，提高生产效率，降低生产成本。本文结合云南金汉拉扎水电站压力钢管的制作，浅谈卷制处理对Q345C低合金钢焊接接头力学性能的影响。
1、Q345C低合金钢板材的主要技术性能
表1：Q345C化学成分，%
随着现代工业的发展、科技的进步，低合金钢Q345C因其含C，Si、Mn量低，在通常情况下综合力学性能好，低温性能好，冷冲压性能、焊接性能和可切削性能好，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。
2、力学性能试验
中华人民共和国电力行业标准《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T 5017-2007第四章压力钢管的制造4.1.8所述，“拼焊后，不宜再在卷板机上卷制或矫形。”结合钢管制作现场实际情况，项目部特对经过卷制处理和未经卷制处理的拼焊焊接接头分组进行力学性能试验，通过分析对比，评估卷制处理对板材拼焊焊接接头质量影响的大小。
金汉拉扎水电站引水压力钢管主材为Q345C钢，钢管壁厚依次为10㎜、12㎜、14㎜、16㎜、20㎜、22㎜、25㎜、28㎜、30㎜和32㎜等10种规格，本次试验评估取δ=20mm板材为力学性能试验试件，对比分析，然后评估卷制处理对板材拼焊焊接接头质量性能的影响大小。板材拼焊的焊接坡口、焊接工艺参数与现场压力钢管制作工艺一致。卷制处理如下图所示，通过卷板机对对接板材（分为自动焊SAW和手工焊SMAW两种焊接方式）进行卷制成形，将瓦片以自由状态立于平台上，用样板检查弧度，间隙符合《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T 5017-2007表4.1.8-1的规定，焊缝经外观检查、超声波探伤、射线探伤合格后再进行取样。试件的焊缝按DL 5017—2007 《压力钢管制造、安装及验收规范》中表6.4.1 中的相关规定进行外观检查；超声波探伤应该按GB/T11345的规定，检验等级为B级，焊缝质量不低于Ⅰ级；试件的射线探伤按GB/T3323的规定、射线照相的质量应不低于AB级，焊缝质量不低于Ⅱ级。样坯的切取部位、方向和数量应按照相关产品标准或GB/T2975-1998《钢及钢产品 力学性能试验取样位置和试样制备》或协议的规定。对于钢产品，应在外观及尺寸合格的钢产品上切取样坯，取样时，应对抽样产品、试料、样坯及试样作出标记，以保证始终能识别取样的位置和方向。切取样坯时应防止过热、加工硬化而影响力学性能，应留有足够的机加工余量。试样的焊缝余高应以机械方法去除，使之与母材平齐，试样厚度应等于或者接近试件母材厚度。
图1：在卷板机上对拼焊的板材进行卷制处理
检验单位：云南省产品质量监督检验中心
检验类别：委托检验
检验依据：
GB/T1591-1994《低合金高强度结构钢》
拉伸试验按GB/T228-1987《金属拉伸试验方法》规定进行；
弯曲试验按GB/T232-1999《金属材料弯曲试验方法》规定进行；
冲击试验按GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》规定进行；
表2：Q345C钢板（δ=20mm）母材及焊接试件力学性能试验结果
从上述结果中可以看出，所检项目均符合相关规定和要求，经过卷制处理的焊接试件抗拉强度和未经卷制处理的焊接试件抗拉强度相比未发生任何明显变化，均在470～630MPa范围以内，从表中还可以看出，在拉伸试验中，所有焊接试样断裂处均在母材上，说明焊接试件抗拉强度值大于母材的下限；弯曲后的母材试样、焊接试样表面未出现裂纹，说明试验所有试样合格正常；所有的焊接试样0℃冲击功与未经任何处理的母材试样相比，其韧性值要低一点，说明其韧性相对要差一些，所有试验试样0℃冲击功均在60J以上，经过卷制处理的对接接头同样具有良好的低温冲击韧性。
3、实验结果分析
Q345C钢在退火状态下的基本相是铁素体和碳化物，合金元素溶于铁素体中, 形成合金铁素体,依靠固溶强化作用,提高强度和硬度,但同时降低塑性和韧性；Mn、Cr、Cu的影响作用较大,而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。合金元素对淬火、回火状态下钢的强化作用最显著,由于合金元素的加入,首要的目的是提高钢的淬透性,保证在淬火时容易获得马氏体。其次是提高钢的回火稳定性,使马氏体的保持到较高温度，使淬火钢在回火时析出的碳化物更细小、均匀和稳定。这样,在同样条件下,Q345C钢比普通碳钢具有更高的强度，而卷制处理在Q345C钢对接焊接接头应力变形范围之内，对其焊缝质量影响不大，试验各项指标均在受控范围之内，满足相关规范和使用要求。
4、结语
通过实践证明，在云南金汉拉扎水电站压力钢管现场制作过程中，结合钢管制作现场实际情况，项目部在力学性能试验论证的基础上，通过对比分析，验证了卷制处理对Q345C钢焊接接头力学性能影响不大，卷制处理后Q345C钢对接焊接接头质量各项力学性能指标均满足相关规范和使用要求，达到了预期的目的，于是采用钢板对接拼焊后再卷制成形工艺进行压力钢管的制作，在严格保证钢管制作质量的基础上大大提高了生产效率，降低了生产成本。云南金汉拉扎水电站钢管充水试验的成功以及机组的安全、顺利运行，也是对电站压力钢管整體制作质量做了一次很好的检验，同时也证明了卷制处理后Q345C钢拼焊焊接接头同样也具有良好的力学性能，为以后钢管的制作提供了可借鉴的经验。
参考文献
[1]中华人民共和国电力行业标准．水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》（DL/T 5017-2007）．北京:中国电力出版社，2007.12. 8～3564～71
[2]机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会．力学性能试验．北京：中国计量出版社，2008.08. 22～31 36～68 121～128
关键词 卷制处理 力学性能试验 Q345C钢焊接接头质量
Abstract: This paper combines Yunnan Jinhan Hydropower Station Penstock manufacture, in on the basis of mechanical property test, through the contrast analysis of assessment of rolling processing of Q345C steel welded joint quality.
Keywords: rolling processing mechanical properties test Q345C steel welding joint quality
中图分类号：TM621文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
云南金汉拉扎水电站引水压力钢管主管直径φ2200mm，支管直径φ1500mm/φ900mm，钢管（衬）采用Q345C钢材，岔管采用Y型加月牙肋板形式，主材为WDB620高强钢，压力钢管总工程量为1493.03T。由于供货为非定制板材，钢板长度不定，给现场制作带来一定的麻烦，结合钢管制作现场实际情况，项目部决定在试验论证的基础上，采用钢板对接后卷制成形工艺进行压力钢管的制作，提高生产效率，降低生产成本。本文结合云南金汉拉扎水电站压力钢管的制作，浅谈卷制处理对Q345C低合金钢焊接接头力学性能的影响。
1、Q345C低合金钢板材的主要技术性能
表1：Q345C化学成分，%
随着现代工业的发展、科技的进步，低合金钢Q345C因其含C，Si、Mn量低，在通常情况下综合力学性能好，低温性能好，冷冲压性能、焊接性能和可切削性能好，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。
2、力学性能试验
中华人民共和国电力行业标准《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T 5017-2007第四章压力钢管的制造4.1.8所述，“拼焊后，不宜再在卷板机上卷制或矫形。”结合钢管制作现场实际情况，项目部特对经过卷制处理和未经卷制处理的拼焊焊接接头分组进行力学性能试验，通过分析对比，评估卷制处理对板材拼焊焊接接头质量影响的大小。
金汉拉扎水电站引水压力钢管主材为Q345C钢，钢管壁厚依次为10㎜、12㎜、14㎜、16㎜、20㎜、22㎜、25㎜、28㎜、30㎜和32㎜等10种规格，本次试验评估取δ=20mm板材为力学性能试验试件，对比分析，然后评估卷制处理对板材拼焊焊接接头质量性能的影响大小。板材拼焊的焊接坡口、焊接工艺参数与现场压力钢管制作工艺一致。卷制处理如下图所示，通过卷板机对对接板材（分为自动焊SAW和手工焊SMAW两种焊接方式）进行卷制成形，将瓦片以自由状态立于平台上，用样板检查弧度，间隙符合《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T 5017-2007表4.1.8-1的规定，焊缝经外观检查、超声波探伤、射线探伤合格后再进行取样。试件的焊缝按DL 5017—2007 《压力钢管制造、安装及验收规范》中表6.4.1 中的相关规定进行外观检查；超声波探伤应该按GB/T11345的规定，检验等级为B级，焊缝质量不低于Ⅰ级；试件的射线探伤按GB/T3323的规定、射线照相的质量应不低于AB级，焊缝质量不低于Ⅱ级。样坯的切取部位、方向和数量应按照相关产品标准或GB/T2975-1998《钢及钢产品 力学性能试验取样位置和试样制备》或协议的规定。对于钢产品，应在外观及尺寸合格的钢产品上切取样坯，取样时，应对抽样产品、试料、样坯及试样作出标记，以保证始终能识别取样的位置和方向。切取样坯时应防止过热、加工硬化而影响力学性能，应留有足够的机加工余量。试样的焊缝余高应以机械方法去除，使之与母材平齐，试样厚度应等于或者接近试件母材厚度。
图1：在卷板机上对拼焊的板材进行卷制处理
检验单位：云南省产品质量监督检验中心
检验类别：委托检验
检验依据：
GB/T1591-1994《低合金高强度结构钢》
拉伸试验按GB/T228-1987《金属拉伸试验方法》规定进行；
弯曲试验按GB/T232-1999《金属材料弯曲试验方法》规定进行；
冲击试验按GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》规定进行；
表2：Q345C钢板（δ=20mm）母材及焊接试件力学性能试验结果
从上述结果中可以看出，所检项目均符合相关规定和要求，经过卷制处理的焊接试件抗拉强度和未经卷制处理的焊接试件抗拉强度相比未发生任何明显变化，均在470～630MPa范围以内，从表中还可以看出，在拉伸试验中，所有焊接试样断裂处均在母材上，说明焊接试件抗拉强度值大于母材的下限；弯曲后的母材试样、焊接试样表面未出现裂纹，说明试验所有试样合格正常；所有的焊接试样0℃冲击功与未经任何处理的母材试样相比，其韧性值要低一点，说明其韧性相对要差一些，所有试验试样0℃冲击功均在60J以上，经过卷制处理的对接接头同样具有良好的低温冲击韧性。
3、实验结果分析
Q345C钢在退火状态下的基本相是铁素体和碳化物，合金元素溶于铁素体中, 形成合金铁素体,依靠固溶强化作用,提高强度和硬度,但同时降低塑性和韧性；Mn、Cr、Cu的影响作用较大,而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。合金元素对淬火、回火状态下钢的强化作用最显著,由于合金元素的加入,首要的目的是提高钢的淬透性,保证在淬火时容易获得马氏体。其次是提高钢的回火稳定性,使马氏体的保持到较高温度，使淬火钢在回火时析出的碳化物更细小、均匀和稳定。这样,在同样条件下,Q345C钢比普通碳钢具有更高的强度，而卷制处理在Q345C钢对接焊接接头应力变形范围之内，对其焊缝质量影响不大，试验各项指标均在受控范围之内，满足相关规范和使用要求。
4、结语
通过实践证明，在云南金汉拉扎水电站压力钢管现场制作过程中，结合钢管制作现场实际情况，项目部在力学性能试验论证的基础上，通过对比分析，验证了卷制处理对Q345C钢焊接接头力学性能影响不大，卷制处理后Q345C钢对接焊接接头质量各项力学性能指标均满足相关规范和使用要求，达到了预期的目的，于是采用钢板对接拼焊后再卷制成形工艺进行压力钢管的制作，在严格保证钢管制作质量的基础上大大提高了生产效率，降低了生产成本。云南金汉拉扎水电站钢管充水试验的成功以及机组的安全、顺利运行，也是对电站压力钢管整體制作质量做了一次很好的检验，同时也证明了卷制处理后Q345C钢拼焊焊接接头同样也具有良好的力学性能，为以后钢管的制作提供了可借鉴的经验。
参考文献
[1]中华人民共和国电力行业标准．水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》（DL/T 5017-2007）．北京:中国电力出版社，2007.12. 8～3564～71
[2]机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会．力学性能试验．北京：中国计量出版社，2008.08. 22～31 36～68 121～128