国内第三代核电AP1000钢制安全壳(CV)引入了一种新型的低合金钢高强度材料SA738Gr.B。传统的焊条电弧焊及半自动气保焊焊接效率低，质量的好坏依赖高技能的焊工操作水平，给施工进度、现场管理带来了诸多的困难。根据以往焊接研究[1-6]，设计了一系列自动焊焊接工艺试验，确定了熔化极气体保护自动焊焊接SA738Gr.B钢板的工艺，替代了以往钢制安全壳焊接所采用的传统焊接方法。
试验所选用的材料为SA738Gr.B钢板，板厚为42.1 mm，化学成分见表1。钢板力学性能见表2。
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在ASME第Ⅱ卷C篇SFA-5.28中，80级焊接材料抗拉强度为550 MPa，低于母材最低抗拉强度值，因此选用了90级焊接材料作为SA738Gr.B钢板的配套焊材，焊材牌号为ER90S-G，其化学成分及力学性能见表3～4。
表1 SA738化学成分(质量分数，%)
类别CSiMnPSCuNiCrNbVMo标准值①0.200.13～0.600.84～1.620.025 00.025 00.380.630.340.0500.0800.21实测值0.090.281.320.007 50.001 20.010.430.110.0040.0450.14
注：①单值为最大值
表2 SA738力学性能
类别屈服强度ReL/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A(%)冲击吸收能量KV/J标准值415585～7052054实测值56263925246
表3 ER90S-G焊丝化学成分(质量分数，%)
CSiMnPSCuNiCrMo0.0810.441.540.0050.0030.151.080.0450.14
为了增加试验的准确性以及后续产品中应用的实用性，用于焊接试验的母材与焊丝都按照相关标准进行了复验，复验合格后再用于后续的焊接试验。
表4 ER90S-G力学性能
试验状态屈服强度ReL/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A(%)冲击吸收能量KV/J焊态64470425.475,95,113热处理后61166727.691,121,152
在ASME规范第Ⅸ卷中，热输入是影响冲击试验结果的重要因素[4]。在安全壳焊接的技术条件中，要求进行-29 ℃冲击试验，对焊接热输入的控制提出了更高的要求。为了产品焊接参数有更大的使用范围，对不同热输入下的焊接工艺进行了对比试验。
试验分别在五种热输入下进行了试验，试验参数见表5。选用42.1 mm厚度的SA738Gr.B钢板进行对接焊接，分别在焊缝、热影响区、熔合线附近取样进行冲击试验，试验结果见表6。
表5 不同焊接热输入下的工艺参数
试板编号焊接电流I/A电弧电压U/V焊接速度v/(mm·min-1)热输入E/(kJ·cm-1)122426.830012224029.727016324930.122020429033.023025531433.922029
由表6可看出，焊接热输入在16 kJ/cm时，焊缝中心的冲击吸收能量值最大，为187.6 kJ/cm，之后随焊接热输入的增加而降低。当焊接热输入提高至29 kJ/cm时，冲击吸收能量降低至107.61 kJ/cm，降低值较大，说明焊接材料对焊接热输入的敏感性较大，同时，由于焊接材料对母材的稀释，热影响区熔合线处及熔合线外1 mm处对热输入同样比较敏感，随着热输入的增加，冲击吸收能量在不断的降低；而对于熔合线外3 mm与熔合线外5 mm的冲击吸收能量变化值不大，这说明SA738Gr.B钢板冲击吸收能量余量较大，对焊接热输入的敏感性较小[7-8]。
Goldberg [1]认为某一语言型式，如果其形式或功能不能严格地从其组成成分或已知的结构中得到预测，就可以称为是一个“构式”，构式是“形式和意义的配对”。
在工程应用中，能够使用的热输入越大，焊接操作的可用工艺参数范围越大，过程的管理控制越容易，单次试验中使用的最大热输入为29 kJ/cm，可满足工程产品焊接的需要。若热输入过大则会大大降低冲击韧性，可能无法满足技术要求。
表6 (-29 ℃)焊接热输入对接头低温冲击韧性的影响①
热输入E/(kJ·cm-1)缺口位置冲击吸收能量②KV/J12焊缝中心161.99熔合线136.13熔合线外1 mm271.92熔合线外3 mm286.1熔合线外5 mm314.616焊缝中心187.6熔合线121.32熔合线外1 mm217.25熔合线外3 mm284.6熔合线外5 mm324.7520焊缝中心167.35熔合线118.14熔合线外1 mm193.62熔合线外3 mm220.79熔合线外5 mm321.2525焊缝中心116.92熔合线106.54熔合线外1 mm129.32熔合线外3 mm275.02熔合线外5 mm289.329焊缝中心107.61熔合线102.39熔合线外1 mm116.09熔合线外3 mm300.66熔合线外5 mm299.87
注：①表中数据为3次平均值;②冲击试验合格标准：平均值≥54 J，允许有一个较小值≥47 J。
依据焊接热输入对比试验，分别在平、横、立三个位置进行焊接工艺评定，以确定工程应用中各位置的焊接参数。试件尺寸为800 mm×150 mm×42.1 mm，具体焊接工艺评定条件见表7，各位置坡口及焊道分布如图1所示(坡口形式为60° X形对称坡口)，焊接工艺评定参数见表8。
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表7 GMAW焊接工艺评定条件
焊接位置气体比例最大热输入E/(kJ·cm-1)热处理状态1G/2G/3G80%Ar+20%CO229焊态及热处理态(595～620 ℃+保温10 h)
表8 GMAW焊接工艺评定参数
试验编号焊接位置预热温度①T1 /℃层间温度①T2 /℃焊接电流I/A电弧电压U/V摆动速度②摆动幅度②两侧停留②焊接速度v/(cm·min-1)热输入E/(kJ·cm-1)11G150109～155165～19920.6～29140～1602～1620～4517.9～40.08.2～15.922G150111～155160～18121～2650～903～2335～4012.3～41.06.6～17.433G150115～14680～16521～2256～28612～5780～1407.2～14.19.6～28.8
注：①按照ASME第Ⅲ卷NE分卷附录D要求进行确定的;②摆动参数为设备调节显示值，无单位。
图1 不同位置下的焊接层道数分布
试板焊接完成后，进行了RT检测，并按照ASME规范第Ⅸ卷及第Ⅲ卷进行力学性能试验[9-10]，试验结果见表9和表10。RT结果及力学性能测试均满足规范要求，证明所制定的焊接工艺参数适用于产品的焊接。
11.在评讲作文时，52%的同学希望能同学相互评讲，教师作指导，32%的同学希望以是师评为主，生评为辅，少数同学希望老师讲，学生听。
表9 射线及力学性能试验结果
试件编号RT检测焊接位置试件状态抗拉强度①Rm/MPa(200 ℃)抗拉强度②Rm/MPa侧向弯曲(α=180°)1合格1G焊态热处理665,680635,635575,575555,550合格2合格2G焊态热处理695,700665,660580,580565,565合格3合格3G焊态热处理695,695650,675580,570560,560合格
注：①验收标准≥585 MPa;②验收标准≥525 MPa。
表10 (-29 ℃)冲击韧性试验结果
试件编号焊接位置试件状态(-29 ℃)冲击吸收能量KV/J焊缝热影响区11G焊态热处理237,220,241263,220,212301,224,240291,76,120160,161,113137,159,137——22G焊态热处理254,239,259227,252,223214,247,223252,239,241162,172,185169,184,178——33G焊态热处理206,221,221202,193,171303,336,24875,248,317192,142,173160,208,183——
自动焊工艺相比手工电弧灵活程度低，在一些组对精度较差的条件下，有可能无法完成焊接。为在产品中获得优质的焊接接头，通过进行组对间隙及错边量试验，以确定在应用熔化极气体保护焊时产品的组对要求。分别在2 G，3 G位置进行了错边量、坡口间隙试验，试验结果如图2和表11所示。
在ASME规范第Ⅲ卷NE分卷中，要求环焊缝错边量不得大于5 mm，纵焊缝错边量不得大于3.2 mm。由上述试验可以看出，在常规的组对间隙下，环焊缝错边量达到4 mm时，焊缝无法成形，而纵焊缝错边量在0 mm及5 mm时，均可得到良好的焊缝成形。因此环焊缝组对要求略高于规范要求，而纵焊缝能够在规范所要求的范围内完成自动焊焊接，需要在实际组对中进行控制。
图2 不同错边量的试验结果图
表11 错边量以及坡口间隙试验结果
试样编号焊接位置错边量/mm坡口间隙焊缝表面成形12G55无法成形22G44无法成形32G33成形良好42G04成形良好53G05成形良好63G55成形良好
试验选用了SA738Gr.B钢板，试板尺寸为800 mm×300 mm×42.1 mm，坡口间隙为2～3 mm，钝边0～1 mm。焊接之前，在焊缝两侧指定的位置进行标记，并测量长度，焊接完成后，再次进行测量，测量数据见表12。
表12 GMAW焊缝收缩量
试板编号焊接方法焊前测量点间距/mm焊后测量点间距/mm焊后收缩量/mm1GMAW255,255,255253,253,253.52,2,1.52GMAW255,255,255254,253.6,2541,1.4,13GMAW150,150,150148,148.8,148.62,1.2,1.44GMAW150,150,150148.9,149.5,1491.1,0.5,1
根据已有的试验数据，焊条电弧焊焊接收缩量最大为4 mm，而熔化极气体保护焊焊接收缩量最大为2 mm。证明使用熔化极气体保护焊焊接产品，能够更好的控制焊接变形。
为了验证该工艺在产品中应用的情况，在产品中截取了钢制安全壳底封头焊接难度最大的一段进行工艺验证(图3)，并进行了射线检测及相关的力学性能试验，试验条件及结果见表13～15。由表14，15可知，按照4.1节所确定的要求进行产品组对，并采用与工艺评定相同的焊接工艺进行自动焊接，能够获得的焊缝质量及接头性能满足产品要求的焊缝。
图3 GMAW在模拟件中的应用
表13 产品模拟件试验条件
模拟件尺寸/mm×mm×mm焊接位置焊接工艺参数6 000×4 000×42.12G,立向上爬坡,仰向上爬坡见表8
表14 射线及力学性能试验结果
编号RT检测焊接位置试件状态抗拉强度①Rm/MPa(200 ℃)抗拉强度②Rm/MPa侧向弯曲(α=180°)1合格2G焊态680625合格2合格2G热处理660565合格3合格3G焊态675593合格4合格3G热处理660565合格
注：①验收标准≥585 MPa;②验收标准≥525 MPa。
表15 (-29 ℃)冲击韧性试验及屈服强度结果
编号焊接位置试件状态(-29 ℃)冲击吸收能量KV/J焊缝区热影响区200 ℃屈服强度ReL/MPa12G焊态220,192,161243,430,198525,52522G热处理65,209,208—485,48533G焊态197,196,175290,181,463510,51543G热处理198,199,299—480/485
(1)通过试验确定热输入在12～29 kJ/cm范围内焊接接头的冲击性能均满足钢制安全的产品要求。
(2)在该热输入范围内进行了1G,2G,3G焊接位置的自动焊焊接工艺评定，各力学性能均满足产品技术要求。
降税将利好A股上市公司利润。从中国政府广义税收构成看，增值税和社保缴费是企业最大的压力。今年5月1日下调增值税税率后，目前三档增值税税率分别为16%、10%和6%，今年政府工作报告提出“改革完善增值税，按照三档并两档方向调整税率水平”，预计2019年增值税最高档税率再次下调2-3个百分点，根据中金公司测算，税率下调2-3个百分点可以实现4000-6000亿元减税。社保费用改由税务部门统一征收，因为对企业影响太大，最新信息是暂缓实施，等社保降费后再实施，这一块对于此前严格交社保的企业是利好。降税对于A股公司显然是利好，对于净利润率偏低而社保严格缴纳多的企业，其业绩弹性更大。
(3)在最优工艺前提下，通过组对间隙、错边量以及焊缝收缩量的试验找出最优自动焊焊接工艺参数，并在产品模拟件中进行了验证，各力学性能也均满足技术要求。
参考文献
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