不銹鋼堆焊技術(shù)在快開(kāi)盲板上的應(yīng)用

牛連山 王勇 魯克瑩 董俊軍

摘要：介紹了快開(kāi)盲板耐蝕層堆焊的焊接要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件的規(guī)定對(duì)堆焊試件進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果完全滿足要求，該工藝已在快開(kāi)盲板的制造之中使用。

關(guān)鍵詞：快開(kāi)盲板;316L不銹鋼;耐蝕堆焊

前言

本文所提到的快開(kāi)盲板是在腐蝕性環(huán)境下使用?？扉_(kāi)盲板主體結(jié)構(gòu)端法蘭所選用的材料為鍛件16MnⅢ，該鍛件除應(yīng)符合NB/T47008-2010《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》標(biāo)準(zhǔn)外，還必須按照技術(shù)文件的相應(yīng)要求來(lái)保證其耐腐蝕性能。

為了進(jìn)一步加強(qiáng)端法蘭密封面的耐腐蝕性能，技術(shù)文件要求在密封面上316L不銹鋼，由于316L不銹鋼添加了Mo元素，使其具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，耐高溫及抗蠕變性能。

316L不銹鋼按照堆焊工藝堆焊完以后再精加工至技術(shù)文件所要求的尺寸?？扉_(kāi)盲板端法蘭示意圖見(jiàn)圖1。

圖1?快開(kāi)盲板端法蘭示意圖

1.焊前準(zhǔn)備

1.1焊接設(shè)備的選擇

焊接設(shè)備選擇了逆變式手弧/氬弧焊機(jī)ZX7-400STG。

1.2試件材料的選擇

試件材料選擇了頭蓋和端法蘭所用鍛件16MnⅢ，試件的規(guī)格為300mm×150mm×30mm，其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表1和表2。

表1????16MnⅢ?化學(xué)成分（%）

化學(xué)成分（%）

成份

C

Mn

P

S

Si

Ni

Cr

Mo

Cu

規(guī)定值

0.13～

0.20

1.20～

1.60

≤0.015

≤0.003

0.20～

0.60

≤0.30

≤0.30

≤0.12

≤0.25

實(shí)測(cè)值

0.16

1.27

0.012

0.002

0.28

0.01

0.02

0.01

0.01

表2??16MnⅢ?力學(xué)性能

力學(xué)性能

測(cè)試項(xiàng)

抗拉強(qiáng)度/Mpa

屈服強(qiáng)度/Mpa

伸長(zhǎng)率/%

斷面收縮率/%

-20℃沖擊功/J

硬度/HB

規(guī)定值

480～630

≥305

≥20

≥30

≥40

≤197

實(shí)測(cè)值

535

325

28

72

106、97、115

160

1.3?焊接材料的選擇

由于是在碳鋼上堆焊316L不銹鋼，焊接材料的選擇應(yīng)考慮克服珠光體鋼對(duì)焊縫的稀釋作用、抑制熔合區(qū)中碳的擴(kuò)散、提高焊縫金屬的抗熱裂能力以及改變接頭應(yīng)力分布等因素。為防止形成凝固過(guò)度層，最好是在珠光體鋼的表面先堆焊一層過(guò)渡層。為了減少基層對(duì)過(guò)渡層焊縫的稀釋作用，焊接過(guò)度層時(shí)應(yīng)選用鉻、鎳當(dāng)量高的奧氏體焊條，并使焊縫具有一定量的鐵素體組織，以提高其抗裂性能[1]。過(guò)渡層選用了焊條E309L-16，然后在過(guò)渡層上用焊條E316L-16堆焊316L不銹鋼。其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表3、4、5、6。

表3焊條?E309L-16化學(xué)成分

化學(xué)成分（%）

成份

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Ni

Cu

規(guī)定值

≤0.04

≤0.90

0.5～2.5

≤0.030

≤0.020

22.0～25.0

≤0.75

12.0～14.0

≤0.75

實(shí)測(cè)值

0.022

0.75

0.94

0.023

0.008

23.49

0.18

12.46

0.01

表4焊條?E309L-16力學(xué)性能

測(cè)試項(xiàng)

抗拉強(qiáng)度/Mpa

伸長(zhǎng)率/%

鐵素體含量/%

規(guī)定值

≥520

≥30

雙方協(xié)議

實(shí)測(cè)值

600

35

18

表5焊條?E316L-16化學(xué)成分

化學(xué)成分（%）

成份

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Ni

Cu

規(guī)定值

≤0.04

≤0.90

0.5～2.5

≤0.030

≤0.020

17.0～20.0

2.0～3.0

11.0～14.0

≤0.75

實(shí)測(cè)值

0.03

0.73

1.51

0.025

0.005

19.09

2.64

12

0.03

表6焊條?E316L-16力學(xué)性能

測(cè)試項(xiàng)

抗拉強(qiáng)度/Mpa

伸長(zhǎng)率/%

鐵素體含量/%

規(guī)定值

≥490

≥30

雙方協(xié)議

實(shí)測(cè)值

580

42

8

2.焊接工藝試驗(yàn)

2.1焊前預(yù)熱

第一層預(yù)熱溫度控制在100℃～120℃之間，其余各層/道間溫度控制在80℃以下。

2.2焊接工藝參數(shù)

為了滿足技術(shù)文件對(duì)堆焊層厚度的要求，本試驗(yàn)共堆焊三層，堆焊層總厚度在5～6mm之間。焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表7

表7?焊接工藝參數(shù)

焊接方法

焊接

層數(shù)

焊接材料

焊接電流

電弧電壓

（V）

焊接速度

（cm/min）

型號(hào)

規(guī)格

極性

電流（A）

焊條

電弧焊

過(guò)渡層

E309L-16

φ4.0mm

直流反接

130-150

22-24

≥30

覆層（二層）

E316L-16

φ4.0mm

直流反接

130-150

22-24

≥30

2.3焊接要求

（1）待堆面應(yīng)經(jīng)100%MT探傷，Ⅰ級(jí)合格，并清理干凈待堆焊面表面，不得有油、銹、水、毛刺、探傷劑等雜物;

（2）堆焊采用焊條電弧焊進(jìn)行，焊條嚴(yán)格按照焊材生產(chǎn)廠家推薦溫度烘干;

（3）過(guò)渡層應(yīng)覆蓋整個(gè)待堆焊面;

（4）堆焊時(shí)后道焊縫應(yīng)壓蓋前道焊縫1/2寬以上;

（5）每層堆焊層焊完后表面應(yīng)平整，無(wú)凸凹不平現(xiàn)象，若有，應(yīng)在修磨或補(bǔ)焊后進(jìn)行100%PT探傷，Ⅰ級(jí)合格;

（6）每焊完一道或一層應(yīng)認(rèn)真清渣、飛濺物等雜物，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)清除。

2.4力學(xué)試驗(yàn)

力學(xué)試驗(yàn)根據(jù)NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》中的要求進(jìn)行。耐蝕層表面經(jīng)過(guò)滲透檢測(cè)后，在試件垂直于焊接方向上切去四個(gè)側(cè)彎試樣。

耐蝕層堆焊?jìng)?cè)彎試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為：彎曲試樣彎曲到規(guī)定的角度后，在試樣拉伸面上的堆焊層內(nèi)不得有大于1.5mm的任一開(kāi)口缺陷;在熔合線內(nèi)不得有大于3mm的任一開(kāi)口缺陷[2]。

彎曲試驗(yàn)：彎心直徑D=40mm，彎曲角度α=180°。

試驗(yàn)結(jié)果：四個(gè)側(cè)彎試樣彎曲后沿任何方向都無(wú)缺陷，完全符合標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范的要求，可以用于快開(kāi)盲板的生產(chǎn)制造之中。

3.應(yīng)用????

根據(jù)焊接試驗(yàn)的結(jié)果得出焊接工藝評(píng)定報(bào)告，并編制了端法蘭、頭蓋用焊接工藝規(guī)程。堆焊后的焊縫外觀檢查合格，無(wú)損探傷合格率達(dá)到100%，滿足了NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》以及技術(shù)文件的要求。

4.?結(jié)論

4.1堆焊316L不銹鋼時(shí)必須在基層上堆焊過(guò)渡層，以減弱對(duì)焊縫的稀釋作用。

4.2為降低熔合比，焊接時(shí)應(yīng)選用較小的焊接電流快速焊接，焊條不做橫向擺動(dòng)。

4.3為保證焊接完成后的質(zhì)量，每焊完一道或一層應(yīng)認(rèn)真清渣、飛濺物等雜物，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)清除。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勇，王引真，張德勤.材料冶金學(xué)與成型工藝[M].山東?東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2005.

[2]NB/T47014-2011?承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定[S].北京：新華出版社，2011.