BHW35厚壁熱成形封頭焊縫性能的恢復(fù)

文/岳曉露，雷玉川?河南神州重型封頭有限公司

BHW35厚壁熱成形封頭焊縫性能的恢復(fù)

文/岳曉露，雷玉川?河南神州重型封頭有限公司

隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，大型厚壁封頭多采用先拼接后熱壓成形，焊縫在成形過(guò)程中經(jīng)過(guò)高于上轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行加熱，強(qiáng)度就出現(xiàn)了下降。解決措施是通過(guò)調(diào)整熱處理工藝來(lái)達(dá)到焊縫的性能要求，同時(shí)在焊材選擇上應(yīng)該考慮產(chǎn)品熱處理對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響。

2012年河南神州重型封頭有限公司（以下簡(jiǎn)稱神州封頭）承接一批SR2050mm×58mm材質(zhì)BHW35球形封頭制作任務(wù)，數(shù)量4件。由客戶焊接后運(yùn)到神州封頭進(jìn)行壓制。整體熱壓成形后，按用戶提供熱處理工藝進(jìn)行性能恢復(fù)熱處理，隨后對(duì)隨爐焊接試板進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果顯示抗拉強(qiáng)度不合格。

材料簡(jiǎn)介

球形封頭使用的是德國(guó)BHW35鋼，相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)13MnNiMoR，中低溫壓力容器用鋼板，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站、鍋爐等行業(yè)，用于制作反應(yīng)器、換熱器、分離器、球罐、油氣罐、液化氣罐、核能反應(yīng)堆壓力殼、鍋爐汽包、液化石油氣瓶、水電站高壓水管、水輪渦殼等設(shè)備及構(gòu)件。一般在正火加高溫回火狀態(tài)下使用，組織為回火貝氏體加鐵素體。表1為BHW35鋼母材化學(xué)成分。

■ 表1 母材化學(xué)成分

封頭成形過(guò)程

用戶產(chǎn)品焊接焊材選用H08Mn2MoA（φ4mm），SJ101，J607，封頭經(jīng)過(guò)950～1000℃加熱成形后，產(chǎn)品成形良好，經(jīng)過(guò)910～940℃正火＋620～650℃回火處理后，對(duì)隨爐試板進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。試驗(yàn)結(jié)果顯示，產(chǎn)品焊接試板的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于575～735MPa的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。

原因分析

對(duì)于以上的不合格報(bào)告，神州封頭使用母材試板、焊接試板進(jìn)行了一系列的模擬試驗(yàn)，并對(duì)相應(yīng)的試板做力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，從中查找造成該種結(jié)果的真正原因。

■ 表2 初始情況力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

■ 表3 焊態(tài)試板力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

■ 表4 使用H08Mn2NiMoA焊絲力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

■ 表5 模擬試驗(yàn)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

⑴原材料進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。原材料的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)平均值為723MPa，首先排除原材料的不合格原因。

⑵焊態(tài)試板復(fù)驗(yàn)。使用客戶提供的原焊材，重新焊接試板，共焊接4副，對(duì)其中1副焊態(tài)試板進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度平均值為685MPa。

⑶熱處理后的試板復(fù)驗(yàn)。對(duì)剩余的3副焊接試板，模擬封頭沖壓加熱、正火、回火，復(fù)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

⑷重新選擇焊絲。使用H08Mn2NiMoA焊接試板4結(jié)果，其中1副焊態(tài)復(fù)驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度平均值為730MPa。另外3副試板重復(fù)封頭制作及熱處理工藝，復(fù)驗(yàn)見(jiàn)表4。

綜上，造成焊縫強(qiáng)度低的主要原因是經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚砗蟮暮缚p強(qiáng)度，均低于焊態(tài)的焊縫強(qiáng)度。焊材選擇強(qiáng)度級(jí)別偏低，沒(méi)有考慮到?jīng)_壓加熱及熱處理對(duì)強(qiáng)度的損失。

模擬試驗(yàn)

由于焊縫強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)要求，按正常程序恢復(fù)焊縫性能需客戶將焊縫全部去除，采用手工焊接方式重行預(yù)熱、焊接和焊后熱處理，焊接任務(wù)量很大且焊接變形不易控制、工期長(zhǎng)，為了保證產(chǎn)品性能合格，神州封頭希望通過(guò)改變熱處理工藝恢復(fù)焊縫力學(xué)性能合格，制定了模擬試驗(yàn)方案。

具體方案為：⑴選用與產(chǎn)品同樣的焊材及相同的焊接工藝焊接產(chǎn)品板，試板經(jīng)過(guò)950～1000℃沖壓加熱模擬熱處理過(guò)程；⑵焊接試板進(jìn)行正火（加速冷卻）＋620～650℃回火處理；⑶對(duì)焊接試板進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，見(jiàn)表5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，正火（加速冷卻）起到了細(xì)化晶粒，提高珠光體的彌散度和偽共析體的數(shù)量，減少鐵素體來(lái)提高強(qiáng)度，同時(shí)改善了韌性可以恢復(fù)焊縫性能。

■ 表6 封頭模擬試驗(yàn)后復(fù)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行正火、回火處理后，在封頭開(kāi)孔部位取樣進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，封頭力學(xué)性能試驗(yàn)完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。產(chǎn)品與設(shè)備焊接后，運(yùn)行良好，滿足產(chǎn)品使用要求。

結(jié)束語(yǔ)

熱成形封頭焊縫焊材選擇應(yīng)考慮材料與焊縫強(qiáng)度的損失，并選取高于母體的焊材，保證產(chǎn)品性能?；谝陨习咐玫降慕Y(jié)論是：該材料可以通過(guò)正火（加速冷卻）+回火熱處理改善和恢復(fù)材料和焊縫力學(xué)性能；需拼接后熱成形封頭其焊接工藝評(píng)定應(yīng)與封頭加熱及熱處理過(guò)程一致，正確選用焊材與焊接參數(shù)。