除氧器復(fù)合鋼板的對(duì)接焊接工藝

姜成軍 羅國(guó)良

(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院)

焊接技術(shù)

除氧器復(fù)合鋼板的對(duì)接焊接工藝

姜成軍*羅國(guó)良

(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院)

分析了用于制造除氧器的不銹鋼復(fù)合板的焊接工藝。對(duì)SA516Gr70+SA240TP304不銹鋼復(fù)合板采用新的SAW加FCAW焊接工藝，并將其與原SAW加SMAW焊接工藝進(jìn)行對(duì)比。對(duì)由這兩種焊接工藝得到的焊接接頭試樣進(jìn)行金相組織和力學(xué)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,新焊接工藝可獲得性能良好的對(duì)接接頭，焊接接頭各個(gè)截面上微觀組織結(jié)構(gòu)正常，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工藝的規(guī)定。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)指導(dǎo)復(fù)合板焊接工藝制定和實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。

除氧器 復(fù)合鋼板 焊接 焊接工藝 SA516Gr70 SA240TP304

1 不銹復(fù)合鋼制容器的焊接工藝

上海某公司在600MW電站鍋爐除氧器生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用不銹鋼與碳鋼爆炸復(fù)合鋼板，其采用的焊接工藝為SAW加SMAW焊接工藝。即先用手工電弧焊在基層根部進(jìn)行打底焊，然后用埋弧自動(dòng)焊焊基材全部；基材焊畢，進(jìn)行X光射線檢驗(yàn)；檢驗(yàn)合格后，再以手工電弧焊焊接過(guò)渡層和復(fù)層[1]?，F(xiàn)需對(duì)產(chǎn)品制造過(guò)程中的對(duì)接焊接工藝作一改變，采用的焊接工藝為SAW加FCAW焊接工藝。即用埋弧自動(dòng)焊焊基材全部；基材焊畢，進(jìn)行X光射線檢驗(yàn)；檢驗(yàn)合格后，以氣保護(hù)藥芯焊絲電弧焊焊接過(guò)渡層和復(fù)層。因此，需驗(yàn)證新焊接工藝試驗(yàn)項(xiàng)目符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并與原焊接工藝的試驗(yàn)性能進(jìn)行對(duì)比。

2 復(fù)合鋼板試驗(yàn)條件

本試驗(yàn)用母材為爆炸復(fù)合板，其不銹鋼復(fù)板是SA240TP304，厚度為3.5mm；基板是SA516Gr70，厚度為35mm?，F(xiàn)將2塊同一爐批號(hào)的試驗(yàn)鋼板，分別采用SAW+SMAW和SAW+FCAW兩種焊接工藝進(jìn)行焊接，并對(duì)其金相組織、力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)比較。焊接試驗(yàn)用復(fù)合鋼板見(jiàn)圖1。

圖1焊接試驗(yàn)用2塊復(fù)合鋼板

2.1坡口形式

不銹鋼復(fù)合板焊接坡口形式，主要根據(jù)接頭的位置、復(fù)合板材料的厚度、復(fù)層焊縫的化學(xué)成分要求和抗腐蝕性能要求來(lái)確定。在焊接區(qū)的復(fù)合層與基層結(jié)合處，將基材加工掉1～2mm，采用過(guò)渡層焊材填充，以降低基材焊縫及母材的稀釋對(duì)復(fù)層焊縫化學(xué)成分的影響，確保復(fù)層焊縫的合金元素含量，使其接頭的抗腐蝕性滿足設(shè)計(jì)要求[2]。本次焊接試驗(yàn)所采用的試樣組對(duì)時(shí)，雙面坡口按照GB/T13148—2008《不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》的規(guī)定加工，見(jiàn)圖2。其中：h＝(35+3.5)mm， p=0～3 mm， a1＝60°， a2＝70°， b=6mm， l=8mm。

圖2 焊接試驗(yàn)試樣的坡口

2.2復(fù)合板化學(xué)成分與力學(xué)性能

試驗(yàn)采用SA516Gr70+SA240TP304鋼板，其材料化學(xué)成分見(jiàn)表1，鋼板力學(xué)性能見(jiàn)表2。

2.3 焊接材料選用

由于不銹鋼復(fù)合板焊接的特殊性，要采用兩種不同的焊接材料來(lái)焊接同一條焊縫，以保證焊縫質(zhì)量?；鶎优c基層的焊接，采用與基層材質(zhì)相應(yīng)的碳素鋼和低合金鋼焊接材料，焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊；復(fù)層與復(fù)層的焊接，采用與復(fù)層材質(zhì)相應(yīng)的焊條；基層與復(fù)層交界處即過(guò)渡層的焊接，采用鉻、鎳含量高的焊條，具體見(jiàn)表3。

2.4焊接工藝參數(shù)

復(fù)合板焊接順序是：首先焊基層，然后焊過(guò)渡層，最后焊復(fù)層。兩種焊接工藝的工藝參數(shù)對(duì)照如表4所示。不銹鋼復(fù)合板過(guò)渡層焊接常采用小直徑、小電流、多層多道焊、不擺動(dòng)、快速焊工藝，以減少基層金屬的熔入量，減少焊縫金屬的稀釋與滲透[3]。

表1 SA516Gr70+SA240TP304鋼板化學(xué)成分 (%)

表2 SA516Gr70+SA240TP304鋼板力學(xué)性能

復(fù)層主要是保證抗蝕性能。焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制焊接規(guī)范，防止過(guò)熱，并對(duì)層間溫度進(jìn)行控制，盡可能縮短焊接接頭的高溫停留時(shí)間，以保證焊縫的抗蝕性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)2個(gè)復(fù)合板焊接試樣分別采用表4焊接工藝進(jìn)行焊接，其中1#復(fù)合板焊接試樣是采用基層（SAW+SMAW）+過(guò)渡層 （SMAW）+復(fù)層（SMAW）的焊接工藝焊接，2#復(fù)合板焊接試樣是采用基層 (SAW)+過(guò)渡層 （FCAW）+復(fù)層（FCAW）的焊接工藝焊接。對(duì)這2個(gè)復(fù)合板焊接試樣按照GB／T 13148—2008《不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》的規(guī)定進(jìn)行以下對(duì)比試驗(yàn)。

表3 復(fù)合板焊接所用試驗(yàn)焊材化學(xué)成分和機(jī)械性能

表4 SAW+SMAW和SAW+FCAW焊接工藝參數(shù)

3.1 焊接接頭性能試驗(yàn)

在本試驗(yàn)條件下，焊接接頭的性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，試樣復(fù)層焊縫的化學(xué)成分見(jiàn)表6。由表5和表6可見(jiàn)，2#試樣抗拉強(qiáng)度Rm大于基層材料SA516Gr70的強(qiáng)度下限值485 MPa（ASME第Ⅱ卷規(guī)定值，2007版），符合GB/T 13148—2008《不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》的相關(guān)要求，其性能和化學(xué)成分與1#試樣基本一致。

表5 焊接接頭的性能試驗(yàn)

表6 試樣復(fù)層焊縫的化學(xué)成分

3.2 金相檢驗(yàn)

焊接過(guò)程如何，直接影響到焊縫金屬和熱影響區(qū)的宏觀形貌、顯微組織、焊接缺陷及焊接接頭的性能。焊接接頭的金相檢驗(yàn)?zāi)軌蚍治龀龊缚p各區(qū)的組織和焊接缺陷。 從圖3中1#與2#試樣的宏觀形貌圖和金相圖可以看出：宏觀上試樣中無(wú)裂紋、未焊透、未熔合等明顯缺陷；微觀上試樣中無(wú)顯微裂紋等明顯缺陷。

3.3 晶間腐蝕試驗(yàn)

圖3 1#與2#焊接試樣的宏觀形貌和金相組織

由于復(fù)層不銹鋼焊縫要接觸腐蝕性介質(zhì),為了評(píng)定復(fù)層不銹鋼的耐蝕性能,需要對(duì)焊接接頭進(jìn)行晶間腐蝕檢查[4]。

將1#與2#不銹鋼復(fù)合鋼板焊接接頭試樣的基層鋼板刨去,保留復(fù)層焊接接頭試樣。經(jīng)打磨拋光后，試樣浸入硫酸銅溶液進(jìn)行腐蝕，采用GB/T 4334.5—2000標(biāo)準(zhǔn)中的方法對(duì)復(fù)合板復(fù)層焊縫進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。試樣分敏化和不敏化兩種狀態(tài)。其中一組敏化狀態(tài)溫度為650℃，敏化2 h。表7所示的試驗(yàn)結(jié)果表明，2#試樣也能通過(guò)晶間腐蝕檢驗(yàn)。

表7 試樣晶間腐蝕試驗(yàn)

3.4 鐵素體含量測(cè)定

對(duì)堆焊層的鐵素體含量進(jìn)行了測(cè)定，2#試樣最大含量值為7.2%，最小值為6.2%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鐵素體含量控制在4%～10%的要求。具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表8。

表8 試樣鐵素體含量

4 結(jié)論

除氧器采用SA516Gr70+SA240TP304不銹鋼復(fù)合鋼板制造。在制造過(guò)程中對(duì)接焊焊接工藝發(fā)生了改變，原采用SAW+SMAW焊接工藝，現(xiàn)新采用SAW+FCAW焊接工藝。對(duì)2種焊接工藝得到的焊接接頭進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比試驗(yàn)，并采用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)和金相試驗(yàn)等手段,對(duì)焊接接頭組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明，采用新的SAW+FCAW焊接工藝焊接的接頭性能良好，復(fù)層微觀組織結(jié)構(gòu)正常，在除氧器不銹鋼復(fù)合鋼板制造過(guò)程中可以采用這種焊接工藝。

[1]張基樞，堵耀庭．不銹鋼焊接 [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：184-185.

[2]吉秀英，幕志進(jìn)，吳文軍，等．埋弧焊接技術(shù)用于復(fù)合不銹鋼板焊接的可行性 [J]．石油化工設(shè)備，2007，36(3)：57-6l.

[3]張漢謙．鋼熔焊接頭金屬學(xué) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：165-166.

[4]王素霞．爆炸復(fù)合材料界面組織結(jié)構(gòu)與性能 [J]．鋼鐵，2004， 29(4)： 38-42.

TG 142.41

2010-11-26)

*姜成軍，男，1984年1月生，助理工程師。上海市，200062。