呼蓄电站压力钢管采用国产790MPa级高强钢，属国产高强钢首次大规模在水电工程中使用，为确保国产高强钢压力钢管焊接质量，必须慎重确定焊接材料、确定合适的焊接工艺参数、制定正确的焊接工艺规程，进行了焊接工艺评定。焊接工艺评定历时近一年时间才完成，经历了3个阶段，最终实现了790MPa级高强钢配套的焊接材料国产化。
依据规程要求，焊接试板厚度覆盖（0.75～1.5）δ厚的母材厚度，WSD690E压力钢管厚度范围为30～66mm，最终确定焊接试验板厚度选用38mm、56mm、66mm 3种，上述厚度的试板各做两组试验，分别采用手工电弧焊和埋弧自动焊施焊，试板尺寸为900mm（长）×400mm（宽），焊缝位于宽度中部，角焊缝试板高度不低于300mm。
3.6.3.1 焊接工艺评定
根据施工工艺及相关技术规程要求，按所确定的试验板做以下焊缝焊接工艺评定。
（1）对接焊缝试板，评定对接焊缝焊接工艺。
（2）角焊缝试板，评定角焊缝焊接工艺。
（3）组合焊缝试板，评定组合焊缝（对接焊缝加角焊缝）的焊接工艺。对接焊缝试板评定合格的焊接工艺亦适合于角焊缝。评定组合焊缝焊接工艺时，采用对接焊缝试板，当组合焊缝要求焊透时，将增加组合焊缝试板。
3.6.3.2 焊接参数
焊接参数确定最终以控制和影响焊接质量的诸多参量因素为核心，以能够调整并选择适合现场条件、焊接方式以及钢材与焊材相匹配的试验为手段，确定其电流、电压、焊接速度、线能量、预热温度、层间温度等值。
3.6.3.3 焊接工艺评定设计
焊接试验项目需满足《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》（DL/T 5017—2007）规范要求，覆盖790MPa级钢板所有焊接钢板厚度的17种规格。选择38mm、56mm、66mm 3种厚度钢板作为试验板，可覆盖30～72mm的所有790MPa级焊接钢板厚度，选择66mm厚试验板仅作为岔管相邻焊口焊接工艺评定需要。焊接工艺评定试验项目见表3.6.4。
表3.6.4 焊接工艺评定试验项目
注 Z表示埋弧自动焊，S表示焊条电弧焊。
依据设计文件、相关规程及工艺要求确定坡口形式及焊接顺序如图3.6.3所示。
图3.6.3 坡口形式及焊接顺序（单位：mm）
3.6.3.4 焊接试板机械性能试验
钢板对接接头试板机械性能评定项目及数量按《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》（DL/T 5017—2007）执行，并进行接头拉伸试验、弯曲试验、冲击试验及硬度试验，试验方法和合格标准按《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》（DL/T 5017—2007）的规定执行。
角焊缝及组合焊缝评定试件焊接完成后，需经外观检查和磁粉或渗透探伤，试验方法和合格标准按《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》（DL/T 5017—2007）的规定执行。
钢板力学性能和工艺性能见表3.6.5。
表3.6.5 钢板力学性能和工艺性能（设计技术要求）
3.6.3.5 焊接工艺评定过程
790MPa级钢材焊接工艺评定自2011年4月18日开始，2011年12月23日完成，主要有3个阶段：第一阶段按厂家提供的配套焊接材料进行焊接工艺评定，焊接机械性能试验一次合格率只有37.5%，焊接试验数据合格率低，稳定性差且安全裕度低；第二阶段总结第一阶段经验教训，对国内外焊材进行优选，然后再开始焊材对比试验；第三阶段，聘请焊接专家、冶金专家和焊接材料生产厂家进行技术分析研究，依据现有试验成果，确定焊接材料国产化。
（1）焊接工艺评定第一阶段。从焊接工艺试验结果来看，首先采用厂家提供的焊材进行试验时，焊接机械性能试验一次合格率只有37.5%，按照规范要求，一次不合格可在原试件重复取样试验，复验不合格的，需修正焊评工艺，再进行焊接试验，现场焊接试验时如此反复的如δ=38mm的Z1试板，经3次试验才合格；Z2试板是第二次试验合格；其次从拉伸、弯曲、冲击的试验结果综合来看，试验数据没有规律性，合格概率是发散的；其三所测同组试验数据波动范围大且所测数值裕度小。(www.xing528.com)
第一阶段焊接试验数据合格率低，稳定性稍差且安全裕度不高。主要原因分析如下：
1）焊接参数掌控不严。焊接电流、电压、焊接速度、线能量等参数波动范围大，影响了焊接质量。埋弧自动焊焊接试验成果分析：①焊接电流波动范围大，变动范围为600～700A，且焊接电流偏高；②焊接速度忽快忽慢，造成线能量差异偏大；③焊层厚薄不均，焊道宽窄变化大，造成线能量差异偏大；④高强钢焊前预热把控不严；⑤焊接材料由两个厂家供货，性能匹配性差。
2）焊接工艺评定试验结果显示，一次合格率偏低（37.5%）。①焊接材料由两个厂家供货，不能评判焊材的优劣，加之焊接参数控制不严，也不具备相互间的可比性，这是焊接工艺评定一次合格率偏低的原因之一；②由于钢板中有害元素的影响，会明显扩大高温脆性区温度范围，即使在设计允许范围内，其上、下微小偏差影响，也会导致同一组试件试验数据结果相差很大。
3）试板坡口加工质量差，影响焊接试验结果。由于诸多因素影响，焊接工艺评定结果不理想，经现场研究决定，重新制定焊接工艺评定方案。
（2）第二阶段，焊材广泛对比试验。鉴于首次使用国产790MPa级高强钢板和国产焊接材料，经验不足，焊材和钢材的焊接匹配性能有待于探索，需做大量试验工作，得出正确的结论。总结第一阶段经验教训基础上，对大桥、金丝、大西洋、日本神户、上海电力、金桥、昆山等国内外多种焊接材料进行对比试验，根据焊材对比优选试验及机械性能试验结果，确定焊接材料。国产大西洋牌焊接材料熔敷金属和焊缝性能虽然有一些缺陷，但通过技术改进，可以满足工程设计要求。试验数据见表3.6.6。
表3.6.6 790MPa级焊接材料对比试验数据一览表（第二阶段的焊材对比试验）
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（3）第三阶段，大西洋焊材专项对比试验。在总结前两阶段成果的基础上，为保证国产790MPa级高强钢焊接质量，对国产焊接材料做进一步技术评价。组织焊接专家、冶金专家和焊接材料生产厂家技术人员对焊接工艺评定成果进行技术分析，依据现有的试验数据和厂家科研水平，通过优化焊接材料化学成分和生产工艺，可进一步提高熔敷金属和焊缝性能的力学指标，可满足工程设计的技术指标要求。经多方论证，决定引水压力钢管790MPa级高强钢制造采用国产大西洋焊接材料。焊材生产厂家结合国产790MPa级高强钢的技术性能，总结原有的技术成果，提出了一个全新的技术方案，设计了一种高强度、高韧性、低裂纹敏感性的1.5Mn-0.4Cr-0.5Mo-1.5Ni合金体系。通过控制Mn与Ni的配比，合理调配焊缝金属的强度、塑性和韧性；合理控制Cr、Mo含量，保证焊缝熔敷金属的高强度；通过添加适量的Ti，细化晶粒同时提高焊缝韧性；添加微量稀土元素，达到脱硫、改变硫化物形态、净化焊缝的目的，从而提高焊缝熔敷金属的韧性。严格控制焊丝及焊条焊芯的微量元素S、P、N、O、H及C的含量，增加Ni、Ti、Nb的含量，使焊接材料获得优良的低温冲击韧性和抗裂性能，实现焊接材料国产化。大西洋焊材的化学成分及熔敷金属的性能保证值见表3.6.7和表3.6.8。
表3.6.7 焊材的化学成分保证值
（3）第三阶段，大西洋焊材专项对比试验。在总结前两阶段成果的基础上，为保证国产790MPa级高强钢焊接质量，对国产焊接材料做进一步技术评价。组织焊接专家、冶金专家和焊接材料生产厂家技术人员对焊接工艺评定成果进行技术分析，依据现有的试验数据和厂家科研水平，通过优化焊接材料化学成分和生产工艺，可进一步提高熔敷金属和焊缝性能的力学指标，可满足工程设计的技术指标要求。经多方论证，决定引水压力钢管790MPa级高强钢制造采用国产大西洋焊接材料。焊材生产厂家结合国产790MPa级高强钢的技术性能，总结原有的技术成果，提出了一个全新的技术方案，设计了一种高强度、高韧性、低裂纹敏感性的1.5Mn-0.4Cr-0.5Mo-1.5Ni合金体系。通过控制Mn与Ni的配比，合理调配焊缝金属的强度、塑性和韧性；合理控制Cr、Mo含量，保证焊缝熔敷金属的高强度；通过添加适量的Ti，细化晶粒同时提高焊缝韧性；添加微量稀土元素，达到脱硫、改变硫化物形态、净化焊缝的目的，从而提高焊缝熔敷金属的韧性。严格控制焊丝及焊条焊芯的微量元素S、P、N、O、H及C的含量，增加Ni、Ti、Nb的含量，使焊接材料获得优良的低温冲击韧性和抗裂性能，实现焊接材料国产化。大西洋焊材的化学成分及熔敷金属的性能保证值见表3.6.7和表3.6.8。
表3.6.7 焊材的化学成分保证值
表3.6.8 熔敷金属的性能保证值
表3.6.8 熔敷金属的性能保证值
针对大西洋厂家提供的焊接材料国产化技术方案和熔敷金属的技术指标，组织行业专家进行技术评审，决定以大西洋按新标准生产的焊接材料与日本神户制钢的焊接材料在施工现场进行对比试验，母材用舞阳钢厂生产牌号为WSD690E的790MPa级高强钢板。焊接工艺对比试验成果表明，国产大西洋焊材熔敷金属的各项技术性能不低于国外焊接材料熔敷金属的技术性能，突破了790MPa级高强钢焊接材料国产化的技术瓶颈。试验对比成果见表3.6.9。
按现有规程和规范要求，对现场的工艺评定成果进行专家评审，依据专家的咨询指导意见，严格执行焊接工艺和焊接工艺参数。埋弧自动焊接电流控制在440～600A，焊接电压在29～34V，焊接速度为31.9～50.7cm/min，线能量在18.7～37.1kJ/cm，预热温度100℃，后热温度180～200℃。手工电弧焊接电流控制在100～220A，焊接电压为17～35V，焊接速度为15.2～45.8cm/min，线能量为20.0～35.7kJ/cm，预热温度100℃，后热温度180～200℃。
表3.6.9 790MPa级钢板焊接工艺评定试验一览表
针对大西洋厂家提供的焊接材料国产化技术方案和熔敷金属的技术指标，组织行业专家进行技术评审，决定以大西洋按新标准生产的焊接材料与日本神户制钢的焊接材料在施工现场进行对比试验，母材用舞阳钢厂生产牌号为WSD690E的790MPa级高强钢板。焊接工艺对比试验成果表明，国产大西洋焊材熔敷金属的各项技术性能不低于国外焊接材料熔敷金属的技术性能，突破了790MPa级高强钢焊接材料国产化的技术瓶颈。试验对比成果见表3.6.9。
按现有规程和规范要求，对现场的工艺评定成果进行专家评审，依据专家的咨询指导意见，严格执行焊接工艺和焊接工艺参数。埋弧自动焊接电流控制在440～600A，焊接电压在29～34V，焊接速度为31.9～50.7cm/min，线能量在18.7～37.1kJ/cm，预热温度100℃，后热温度180～200℃。手工电弧焊接电流控制在100～220A，焊接电压为17～35V，焊接速度为15.2～45.8cm/min，线能量为20.0～35.7kJ/cm，预热温度100℃，后热温度180～200℃。
表3.6.9 790MPa级钢板焊接工艺评定试验一览表
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