摘要：10CrMoAl钢是在低碳钢的基础上添加铬-钼-铝等合金元素研制而成的低合金高强度钢，具有耐海水腐蚀性强的优点，是沿海电厂、沿海油田、沿海天然气及石化厂输送水、油气及含海水介质的最理想的管路和加工件制作材料之一。本文通过对10CrMoAl钢化学成分和焊接性能分析，研究制定正确的焊接工艺，保证10CrMoAl管道焊接质量。
关键词：10CrMoAl；焊接工艺；质量控制。
1 引言
巴基斯坦卡西姆港2×660MW超临界燃煤电站，位于巴基斯坦南部城市卡拉奇东南方的卡西姆港工业区，印度河入海口西侧，阿拉伯海北岸。该项目对于汽机房开式循环水管道系统、凝汽器胶球清洗管道系统以及辅机冷却水池和升压泵房等管道要求具有抗海水腐蚀性能，根据工作环境和技术要求，设计采用10CrMoAl无缝钢管。因此，对10CrMoAl耐海水腐蚀管道化学成分和焊接性能分析，研究制定正确的焊接工艺，是保证现场焊接施工质量的前提和关键。
2 化学成分和焊接性能分析
2.1 化学成分分析
10CrMoAl钢是在低碳钢的基础上添加铬-钼-铝等合金元素研制而成，属于耐海水腐蚀的特殊用低合金高强度钢的类型[1]。其化学成分见表1所示，力学性能见表2所示。
经过分析10CrMoAl钢的化学成分，其耐腐蚀的原因主要有以下两点：
a）10CrMoAl钢中的Al（铝）能与空气中的O（氧）化学反应生成Al2O3（三氧化二铝），从而形成保护膜，起到很好地防腐作用，达到耐腐蚀效果。
b）10CrMoAl钢中的Cr（铬）、Mo（钼）离子在海水中能自动补充Cl（氯）离子对钢材点腐蚀形成的空隙，产生致密保护层，阻止点腐蚀向纵深发展，进而起到耐腐蚀的作用，保证其较长的使用寿命。
2.2 焊接性能分析
对于低合金高强度钢，当碳当量Ceq≤0.4%时，焊接时基本无淬硬倾向，焊接性良好；当0.4%＜Ceq≤0.5%时，淬硬倾向不明显，焊接性尚可，不需要采取预热和焊后热处理等措施；当Ceq＞0.5%时，淬硬倾向显著，冷裂纹倾向随之增加。为了避免冷裂纹，要求采取严格的工艺措施，如预热、控制线能量和焊后热处理等。
根据10CrMoAl钢管化学成分分析，加入的Mo、Al等元素具有细化晶粒，改善焊缝的凝固结晶组织的作用。计算10CrMoAl材料的碳当量：Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（%）=0.433%。根据计算结果，说明该钢材型号的淬硬倾向不明显，焊接性能尚可，焊接时一般不需要预热及焊后热处理。
3焊接方法和工艺制定
根据国家电力标准和强制性条文的要求，电站焊接工程首次使用的钢材需进行焊接工艺评定[2]。现场需安装的10CrMoAl钢管主要规格为：Φ25×2、Φ114×5、Φ325×6、Φ630×7、Φ1220×10等，管径范围为Φ25～Φ1220mm，壁厚范围为2～10mm，因此，根据DL/T 868-2014《焊接工艺评定规程》规定，评定试件采用Φ60×6mm规格45°固定（6G）位置进行焊接工艺评定能覆盖工程施工中所有规格、所有位置的焊接[3]。
根据该工程的实际焊接施工情况，对10CrMoAl管道进行全氩弧焊（GTAW）和氩弧焊打底后手工电弧焊填充盖面（GTAW+SMAW）两种焊接方法的工艺评定。选用的焊材为10CrMoAl专用焊材海03焊丝和焊条，其化学成分见表3。该种焊材具有全位置焊接性优异，焊缝成型好、飞溅小、生产率高，焊缝耐蚀性、抗裂性、冲击韧性和抗疲劳性能好等特点。
焊接工艺参数选择得正确与否，会直接影响焊缝的成形和产品的质量，因此选择合适的焊接规范是生产上一个重要的问题。焊接电流是最重要的工艺参数，选择焊接电流应考虑如下问题。
焊接电流应随焊条直径的增大而增大，一般按公式I=Kd进行计算[4]。
式中 I—焊接电流，A；
d—焊条直径，mm；
K—经验系数。
焊条直径与经验系数K的关系见表4。
在选择焊接电流时，公式的计算只是一个参考数据，焊接时还应根据电弧的燃烧情况适当调整。综合以上公式及焊材厂家技术文件制定的焊接工艺参数见表5和表6。
焊接工艺评定试件完成后需按照标准进行各项检验，包括外观检验、无损探伤检验、拉伸和弯曲力学性能试验以及微观金相检验。
4质量控制
4.1 焊工管理
10CrMoAl管道焊接的焊工必须严格按照DL/T 679-2012《焊工技术考核规程》及TSG Z6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》的要求进行焊前强化模拟练习和上岗考试。焊工练习及考试所采用的模拟焊位尽量与现场实际位置相符，目的是为了使焊工能够提前感受到现场的施工环境。同时由操作技术水平高超的专家现场培训与指导，并全程监督上岗考试。
4.2 焊材管理
焊材的正确使用是保证10CrMoAl管道焊接质量的前提。必须健全完善焊材管理制度，从焊材入库验收→保管→烘焙→发放→回收层层把关和全过程追踪。焊材入库必须经过严格的验收，检查焊材外观质量和包装标识，并进行化学成分光谱复检。保证焊材的存放和使用环境满足要求，焊材分类、分批号分区储存，并做好颜色标识。保管员严格按说明书和工艺要求烘焙焊条，并做好记录。为避免发错、用错焊材，焊材领用必须由技术人员签字确认，必须由焊工本人领取，其他人员不允许代领。焊丝使用前应将表面油、锈等污物打磨干净；焊条使用过程中装在80-110℃保温筒内，通电保温，随用随取。焊接工作结束，及时将剩余焊材和焊条（丝）头回收，保管员做好发放和回收记录。
4.3 焊接技术要求及过程质量控制
10CrMoAl管道焊接应尽可能减小线能量输入，减轻焊接接头的敏化程度，从而可以提供较好的耐腐蚀性。因此须采用多层多道焊接工艺，采用小线能量、短电弧、底层不摆动、盖面层作小摆动的焊接方法。多层焊时，每焊完一层焊缝必须彻底打磨清渣，并经质量检验合格后方可进行下一道焊接。多层焊的层间接头应错开，并严格控制层间温度。加大现场巡查监管力度，施工过程中三级质检人员对焊前组对、焊接过程和焊后外观进行100%的检查验证，从人员资质、焊材使用、焊口的组对质量、焊接电流和速度的控制到焊接完成对焊缝外观进行目视检查等一系列环节进行严格要求和控制。
5结论
10CrMoAl管道焊接工艺评定试件焊缝成形美观、匀直、细密，接头良好，焊缝余高和宽度等指标符合规范要求，焊接接头表面无咬边、裂纹、弧坑、气孔、夹渣等缺陷，外观检验合格。射线底片未发现任何缺陷，无损探伤检验合格。拉伸和弯曲力学性能试验合格，达到焊接接头的基本要求。焊缝和热影响区显微组织为铁素体+贝氏体，未发现裂纹、无过热组织、无淬硬马氏体组织，微观金相检验合格。综上可得，10CrMoAl材料焊接性良好，全氩和氩电焊接采用制定的焊接参数可得到良好的接头性能。
项目工地通过对10CrMoAl管道焊接施工严格的过程质量管控，汽机房开式循环水管道系统、凝汽器胶球清洗管道系统以及辅机冷却水池和升压泵房等管道焊接施工质量优异，无损探伤检测一次合格率在99.5%以上。
参考文献
[1]张明洋、郭云增、邓兴宝.耐海水腐蚀10CrMoAl低合金钢的研究[J].海洋科学，1984，8（1）：21-26.
[2]DL/T 869-2012火力发电厂焊接技术规程[S].北京:中国电力出版社,2012.
[3]DL/T 868-2014焊接工艺评定规程[S].北京:中国电力出版社,2015.
[4]王洪光.实用焊接工艺手册[M].北京:化学工业出版社,2010：12-13.
论文作者:张宏,刘双奎
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
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