焊接方法对WDB620钢焊接缺陷类型影响的研究

焊接方法对WDB620钢焊接缺陷类型影响的研究宋希宁1，李文瑛1，张天会2（江南水利水电工程公司，河北唐山063004；2.云南农业大学，云南昆明650201）摘要：本文采用ｔ检验方法，对不同焊接方法、不同板厚下，焊接无裂纹低碳贝氏体WDB620钢实际焊接结构焊接接头Ｘ射线底片上检测出的焊接缺陷类型进行统计分析研究。

通过焊接接头缺陷类型的ｔ检验分析，认为采用手工电弧焊和混合气体保护焊方法对焊接缺陷类型的影响无显著差异。

由于混合气体保护焊不需要清渣，自动化程度较高，生产效率高，因此应尽量采用混合气体保护焊方法。

关键词：低碳贝氏体钢；WDB620；焊接缺陷；ｔ检验；焊接方法中图分类号：TG441.7 文献标识码：AWelding Method Effect Research on Defects Type of SteelWDB620Song Xi-ning1 , Li Wen-ying1, Zhang Tian-hui2(1. JiangNan Water Resources And Hydropower Construction Corp., Tangshan 063004, China；3. Facultyof Engineering and Technology, Yunnan Agriculture University, Kunming 650201,China)Abstract：Statistical analysis was carried out on welding defects type of low carbon bainite steel WDB620 adopting shielded metal arc welding and gas shielded arc welding methods at different thickness. Through t-test, it is found that there is no marked qualitative difference in welding defects type between shielded metal arc welding and gas shielded arc welding. But the productive efficiency adopting gas shielded arc welding is greater than adopting shielded metal arc welding. So if possible, gas shielded arc welding method is recommended for low carbon bainite steel WDB620.Key words：low carbon bainite steel ; WDB620; welding defects; t-test; weld method1 前言WDB620钢是舞阳钢铁厂研发成功的国产新一代非调质型焊接无裂纹低碳贝氏体高强度钢，是在抗拉强度为600MPa的调质型焊接无裂纹钢（Crack Free,简称CF）基础上发展起来，采用微合金化控扎控冷工艺生产的国产新一代非调质型焊接无裂纹低碳贝氏体钢，与国外调质焊接无裂纹钢WEL—TENCF62、NK—HITEN610U、ASTMA514F为同等级钢材[1]。

在国产新一代非调质焊接无裂纹低碳贝氏体钢出现前，大中型水电站水工金属结构压力钢管、蜗壳等大型焊接结构普遍都是使用以上三种进口钢材，国家每年要花费大量外汇从国外进口。

目前大中型水电站水工金属结构压力钢管、蜗壳等大型焊接结构普遍使用WDB620钢，以替代同级别的调质型焊接无裂纹钢，文献[2]对其焊接性进行了研究，认为具有优良的焊接性。

焊接接头中往往存在各种焊接缺陷，要完全避免缺陷是不可能的，完全消除一切焊接缺陷也并无必要[3]。

在对焊接接头进行无损检测时，裂纹、未熔合、未焊透等二维缺陷是不允许存在的，必须返修处理，而对气孔、夹渣等三维缺陷是则根据缺陷的尺寸进行判定的。

因此，缺陷类型是影响焊接质量的重要原因之一。

本文对某水电站应用的 WDB620低碳贝氏钢制压力钢管焊接接头Ｘ射线底片上检测出的焊接缺陷类型进行分析，研究焊条手工电弧焊和混合气体(80%Ar+ 20%CO2)保护焊（MAG焊）两种焊接方法对焊接接头中焊接缺陷类型的影响作用。

2 焊接工艺参数某水电站WDB620钢压力钢管在隧洞焊接安装环逢过程中，采用了焊条手工电弧焊（简称手工焊）；在电站现场厂房制造中的纵逢和环逢采用了混合气体(80%Ar+ 20%CO 2)保护焊（简称气保焊）。

采用焊条手工电弧焊，极性为直流反接，焊接材料为CHE62CFLH 焊条。

气体保护焊焊丝为MK.G60焊丝，采用8O ％Ar+2OC02气体保护。

焊条经 400 ℃保温 1 h 烘焙后使用。

钢管壁厚大于18 mm 时，焊缝坡口形式均为不对称Ｘ型，采用多层多道焊，清根方式为碳弧气刨、砂轮打磨。

板厚大于25 mm 时，焊前预热80～120℃，层间温度控制在预热温度和200 ℃之间，焊后不后热。

两种焊接方法的焊接工艺参数见表1、表2所示。

表1 手工电弧焊焊接工艺规范表焊层 焊条直径 （mm ） 焊接电流 （A ） 电弧电压 （V ） 焊接速度（cm/min ） 线能量(kJ/cm) 打底层 3.2 80～120 22～26 9～9.5 11.1～13.3 填充层 4.0 110～170 22～26 6～11 12～35 盖面层4.0 100～150 22～265.5～7 17～31.2 表2 混合气体保护焊焊接工艺规范表焊层 焊丝直径 （mm ） 焊接电流 （A ） 电弧电压 （V ） 焊接速度（cm/min ） 线能量(kJ/cm) 打底层 1.2 110~120 25～30 22~35 <25 填充层 1.2 125~170 25～30 22~35 <25 盖面层1.2110~12025～3022~35<253 ｔ检验原理为了准确地判断两种焊接方法缺陷类型之间是否存在显著性差异，则需要通过统计假设检验方法进行对比分析。

针对缺陷类型数较少，且样本方差未知时，不能采用ｕ统计假设检验方法，而需采用ｔ统计假设检验方法，来判断两种焊接方法缺陷类型之间是否存在显著性差异[4]。

如果两种焊接方法下，缺陷类型之间没有显著性差异，则在某一概率ｐ情况下，缺陷类型比例差的绝对值i X （i=1，2…）应服从均值为０的正态分布，采用ｔ检验方法时，应满足下列条件：p n t n S X n t P p p =-≤--≤----))1(1/0)1(()2/1(2/)1(（1）式中Ｓ为样本的标准差；ｎ为样本容量，即缺陷类型数；)1(p -为置信水平；)1(2/)1(--n t p 为)1(p -置信水平下ｔ检验的双侧检验临界值，可通过查ｔ检验临界值表得到。

因此，ｔ检验的统计量为：1/0--=n S X t（２）在置信水平α＝１-ｐ下，如果ｔ检验的统计量小于临界值，则就认为两种焊接方法下，缺陷类型之间没有显著性差异。

否则，认为有显著性差异。

4 缺陷类型的ｔ检验分析采用ｔ统计假设检验方法，分别对某水电站WDB620钢δ=28 mm 、36 mm 、52 mm 压力钢管焊接施工过程中采用X 射线无损检测得到的底片进行焊接缺陷类型的分析，研究焊接方法对焊接接头中焊接缺陷类型的影响作用。

4.1 WDB620钢δ=28 mm 焊接缺陷类型的分析WDB620钢δ=28 mm 的压力钢管采用焊条手工电弧焊方法的共抽检96张焊接接头X 底片，底片长为28.8米，有效长度为19.2米，共检测出1mm 以上的缺陷有204处。

采用气体保护焊方法的共抽检48张焊接接头X 底片，底片长为14.4米，有效长度为9.6米，共检测出1mm 以上的缺陷有69处。

两种焊接方法的焊接缺陷以类型统计，见表4。

表4 WDB620钢δ＝28mm 压力钢管焊接缺陷类型统计表 焊接方法 缺陷类型 气孔点渣密集气孔条渣未熔合裂纹合计手工焊 缺陷数 138 42 10 9 4 1 204比例（％） 67.6 20.6 4.9 4.4 2.0 0.5 100 MAG 焊缺陷数 58 4 2 2 3 0 69 比例（％）84.1 5.8 2.9 2.9 4.3 0.0 100 两种方法缺陷类型比例差 16.4-14.8-2.0-1.52.4-0.5通过对表4中两种焊接方法缺陷类型比例差绝对值进行ｔ检验统计量的计算，得到：93.116/275.70267.61/0=--=--=n S X t在置信水平α=0.05下，查ｔ检验的双侧检验临界值表得57.2)16(2/05.0=-t ，大于ｔ检验统计量1.93。

因此，可判断，在95％的概率下，认为采用手工电弧焊和混合气体保护焊方法下，WDB620钢δ＝28 mm 焊接接头缺陷类型之间没有显著性差异。

4.2 WDB620钢δ=36 mm 焊接缺陷类型的分析WDB620钢δ=36 mm 采用手工电弧焊时共抽检362张焊接接头X 底片，底片长为108.6米，有效长度为72.4米，共检测出1mm 以上的缺陷有463处。

采用气体保护焊时共抽检639张焊接接头X 底片，底片长为191.7米，有效长度为127.8米，共检测出1mm 以上的缺陷有1023处。

两种焊接方法的焊接缺陷尺寸数据见表5，其它缺陷类型中，手工焊的是深孔1个；气体保护焊中，未焊透3个、裂纹有3个、条孔2个。

表5 WDB620钢δ＝36mm 压力钢管焊接缺陷类型统计表 焊接方法 缺陷类型 气孔点渣密集气孔条渣未熔合其它合计手工焊 缺陷数 288 128 13 19 14 1 463比例（％） 62.2 27.6 2.84.1 3.0 0.2 100 MAG 焊缺陷数 558 364 50 32 11 8 1023 比例（％）54.5 35.6 4.9 3.1 1.1 0.8 100 两种方法缺陷类型比例差绝对值 -7.77.92.1-1.0-1.90.60.8通过对表5中两种焊接方法缺陷类型比例差绝对值进行ｔ检验统计量的计算，得到：36.216/352.30533.31/0=--=--=n S X t在置信水平α=0.05下，查ｔ检验的双侧检验临界值表得57.2)16(2/05.0=-t ，大于ｔ检验统计量2.36。

因此，可判断，在95％的概率下，认为采用手工电弧焊和混合气体保护焊方法下，WDB620钢δ＝36mm 焊接接头缺陷类型之间没有显著性差异。