不銹鋼與碳鋼插入式管板焊接工藝方案研究

林范軍

摘 要：

在壓力容器等特種設(shè)備的制造過程中，對(duì)于焊接工藝評(píng)定0Cr18Ni9不銹鋼板與20#碳鋼管子插入式管板焊條電弧焊型式試驗(yàn)件的制作，給我們的生產(chǎn)效率帶來很大阻力。按照評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求將兩套試驗(yàn)件十字分割后做金相分析。通過分析發(fā)現(xiàn)缺陷率已達(dá)到25%，與標(biāo)準(zhǔn)要求相差甚遠(yuǎn)。為了降低焊接缺陷率，我們進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、原因分析、確定要因，制定對(duì)策和措施，最終研究出一套可行焊接工藝方案，保證了此類焊接接頭的焊縫質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：

不銹鋼與碳鋼;焊條電弧焊;插入式管板接頭;金相分析;方案研究

中圖分類號(hào)：

TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2014）23019002

西安長慶科技工程有限責(zé)任公司高新產(chǎn)品研制中心多年來以壓力容器和撬裝設(shè)備為生產(chǎn)主流，制造過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是焊縫質(zhì)量，對(duì)于帶坡口插入式管板焊接接頭采用RT或UT進(jìn)行無損檢測，既不經(jīng)濟(jì)也不實(shí)用。根據(jù)壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，帶坡口插入式管板焊接接頭通過制作焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)和與之相配套的表面無損檢測作為衡量設(shè)備此類焊縫質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。由于生產(chǎn)需求，現(xiàn)要求補(bǔ)充焊條電弧焊的不銹鋼與碳鋼帶坡口插入式管板焊接工藝評(píng)定，在制作型式試件過程中，通過金相分析發(fā)現(xiàn)試樣中存在多處缺陷，如圖1所示。所以需要認(rèn)真研究，找出缺陷產(chǎn)生的原因，以保證今后在焊接設(shè)備中此類焊接接頭的焊縫質(zhì)量。

圖1 兩套（8件）型式試驗(yàn)件及放大圖

1 存在問題

在這次不銹鋼與碳鋼帶坡口插入式管板焊接型式試驗(yàn)中制作了兩套試件（8塊樣），通過進(jìn)行金相分析和表面檢查，發(fā)現(xiàn)其中有2塊試樣存在缺陷，合計(jì)缺陷總數(shù)為16處，缺陷率為整個(gè)試樣總數(shù)的25%，分類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1，由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表可以看出，在型式試驗(yàn)試樣中未熔合和未焊透為主要缺陷。

2 原因分析

針對(duì)不銹鋼與碳鋼帶坡口插入式管板焊接焊縫中存在的焊接缺陷，我們通過制作關(guān)聯(lián)圖對(duì)其進(jìn)行了多方面的分析討論。

3 確定要因

根據(jù)關(guān)聯(lián)圖，采取現(xiàn)場調(diào)查、驗(yàn)證和分析的方法，對(duì)這次試驗(yàn)焊接質(zhì)量的影響因素進(jìn)行了逐個(gè)確認(rèn)，最終繪制了要因確認(rèn)計(jì)劃表2。

4 制定對(duì)策

根據(jù)最終確定的3個(gè)主要原因制定詳細(xì)的對(duì)策表。

5 對(duì)策實(shí)施

5.1 實(shí)施一：提高焊工對(duì)不銹鋼與碳鋼插入式焊接的技巧

（1）請(qǐng)專家講述不銹鋼與碳鋼插入式焊接的理論與操作要點(diǎn)：①多層焊時(shí)，底層焊道的焊縫表面應(yīng)呈凹形或略凸形，為下一層焊道創(chuàng)造熔合的條件。②在運(yùn)條時(shí)，若板料是不銹鋼，焊條擺動(dòng)幅度應(yīng)大致相同，但在不銹鋼側(cè)應(yīng)稍停留長些，焊條角度應(yīng)多朝向不銹鋼側(cè)，以保證組織成分的均勻和融合。

③適當(dāng)拉長電弧，增大電流以保證底層母材與母材間、中間層母材與焊縫間、焊縫與焊縫間得到充分熔合。④層間清理必須徹底，避免未熔合、夾渣的發(fā)生。

（2）多次組織焊工試驗(yàn)練習(xí)，共同討論交流技法，對(duì)成熟部分督促焊工加強(qiáng)練習(xí)，使其能夠熟練掌握。

（3）為了增強(qiáng)焊工對(duì)技術(shù)難點(diǎn)鉆研的積極性，我們QC小組在中心領(lǐng)導(dǎo)大力的支持下，共同議定了獎(jiǎng)勵(lì)表彰制度，根據(jù)貢獻(xiàn)程度的不同對(duì)先進(jìn)者給予表彰獎(jiǎng)勵(lì)。

5.2 實(shí)施二：查閱不銹鋼材料的性能對(duì)焊接的影響料，制定應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)目前存在的0Cr18Ni9焊接的問題，通過小組查閱資料收集信息：

（1）從化學(xué)成分看，0Cr18Ni9中W（Cr）和W（Ni）是碳鋼的幾十倍，W（C）大約是普通碳鋼的1/2。

（2）從物理特性比較，0Cr18Ni9的熱導(dǎo)率時(shí)碳鋼的1/2左右;線膨脹系數(shù)比碳鋼大約50%。通過調(diào)整工藝參數(shù)和改變焊接技法來促進(jìn)熔合速度，提高元素的熔合比，以保證完全熔合、焊透。

5.3 實(shí)施三：制定出合理的焊接工藝參數(shù)

（1）現(xiàn)場通過焊接試件測試調(diào)整焊接參數(shù)。

（2）制作焊接工藝規(guī)程，加強(qiáng)對(duì)施焊人員在焊前的技術(shù)交底。

（3）現(xiàn)場監(jiān)督檢查施焊人員所用的焊接工藝參數(shù)。

6 效果檢查

（1）金相檢測通過重新制作兩套焊接試驗(yàn)試樣，經(jīng)金相分析檢測，缺陷率由25%降低為5%，缺陷性質(zhì)由四項(xiàng)降低為一項(xiàng)，缺陷數(shù)由16點(diǎn)降低為1點(diǎn)，且尺寸大小完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，最終達(dá)到了QC小組確定的將缺陷率降為最小，并符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的目標(biāo)。

（2）應(yīng)用效果：在三甘醇脫水裝置和配套容器設(shè)備的不銹鋼與碳鋼插入式管板結(jié)構(gòu)的焊接中，已得到很好應(yīng)用，所有焊工都已熟練掌握并得到應(yīng)用。

7 結(jié)語

通過成功解決不銹鋼與碳鋼插入式焊接的焊接質(zhì)量難題，使壓力容器等特種設(shè)備的焊接質(zhì)量有了很大提高，同時(shí)在今后還應(yīng)做到：（1）加強(qiáng)焊工在不銹鋼與碳鋼插入式焊接技術(shù)理論知識(shí)的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，使焊工能夠完全掌握本材料本形式下的焊接技巧。（2）要求焊工對(duì)不銹鋼與碳鋼插入式焊接嚴(yán)格按照合理的焊接工藝進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，最終達(dá)到對(duì)不銹鋼與碳鋼插入式焊接熟練操作的水平。（3）焊接技術(shù)員熟練掌握不銹鋼與碳鋼焊接技術(shù)要點(diǎn)，以便在焊接設(shè)備時(shí)合理有效的指導(dǎo)焊工進(jìn)行操作。另外在今后壓力容器和撬裝設(shè)備制造中，還應(yīng)借鑒這一方案繼續(xù)發(fā)現(xiàn)尋找更多的焊接問題，以提高整體設(shè)備的焊接質(zhì)量，減少了安全事故發(fā)生的概率。

參考文獻(xiàn)

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[3]壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)[S].