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，焊縫在成形過程中經(jīng)過高于轉(zhuǎn)變溫度的加熱，強(qiáng)度下降，需要通過調(diào)整熱處理工藝來達(dá)到焊縫的性能要求，同時在焊材選擇上應(yīng)該考慮產(chǎn)品熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響。

2012年我公司承接一批SR2050×58mm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)至我公司進(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，隨后對隨爐焊接試板進(jìn)行力學(xué)性能檢測。力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果顯示抗拉強(qiáng)度不合格。

材料簡介

德國的BHW35鋼，相當(dāng)于國產(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為此次所用母材化學(xué)成分。

封頭成形過程

用戶產(chǎn)品焊接焊材選用：H08Mn2MoA （φ4），SJ101，J607，封頭經(jīng)過950～1000℃，加熱成形后，產(chǎn)品成形良好，經(jīng)過正火（910～940℃）+回火（620～650℃）處理后，對隨爐試板進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表1 母材化學(xué)成分

表2 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

從以上結(jié)果可以看出，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

對于以上的不合格報告，我公司使用母材試板、焊接試板進(jìn)行了一系列的模擬試驗(yàn)，并對相應(yīng)的試板做力學(xué)性能試驗(yàn)，從中查找造成該種結(jié)果的真正原因。

⑴原材料進(jìn)行復(fù)驗(yàn)：原材料的抗拉強(qiáng)度實(shí)測平均值為723MPa，首先排除原材料不合格的原因。

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，對其中一副焊態(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)果見表3。

⑷重新選擇焊絲：使用H08Mn2NiMoA焊接試板4副，對其中的1副進(jìn)行焊態(tài)復(fù)驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度平均值為730MPa。對另外3副試板重復(fù)封頭制作及熱處理工藝，復(fù)驗(yàn)結(jié)果見表4。

從以上一系列的試板復(fù)驗(yàn)來看，造成焊縫強(qiáng)度低的主要原因是，經(jīng)過高溫?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)度級別偏低，沒有考慮到?jīng)_壓加熱及熱處理對強(qiáng)度的損失。

表3 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

表4 H08Mn2NiMoA力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

表5 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

表6 封頭取樣復(fù)驗(yàn)結(jié)果

模擬試驗(yàn)

因焊縫強(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新進(jìn)行預(yù)熱、焊接和焊后熱處理，焊接任務(wù)量很大、工期長且焊接變形不易控制，為了保證產(chǎn)品性能合格，我公司嘗試通過改變熱處理工藝恢復(fù)焊縫力學(xué)性能合格，制定了如下模擬試驗(yàn)方案。

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950～1000℃沖壓加熱模擬熱處理過程。

⑵焊接試板進(jìn)行正火（加速冷卻）+回火（620～650℃）處理。

⑶對焊接試板進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)。

經(jīng)過模擬試驗(yàn)以后，焊接試板力學(xué)性能見表5。

從以上結(jié)果可以看出，正火（加速冷卻）起到了細(xì)化晶粒的作用，提高了珠光體的彌散度和偽共析體的數(shù)量，減少了鐵素體來提高強(qiáng)度，同時改善了韌性可以恢復(fù)焊縫性能。

經(jīng)過對產(chǎn)品進(jìn)行正火（加速冷卻）+回火（620～650℃）處理，在封頭開孔部位取樣進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)結(jié)果見表6。結(jié)果顯示，封頭力學(xué)性能試驗(yàn)完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。產(chǎn)品與設(shè)備焊接后，運(yùn)行良好，滿足使用要求。

結(jié)束語

⑴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，選用強(qiáng)度高于筒體的焊材，保證產(chǎn)品性能。

⑵該材料可以通過正火（加速冷卻）+回火熱處理，改善和恢復(fù)材料及焊縫的力學(xué)性能。

⑶拼接后熱成形封頭的焊接工藝評定應(yīng)與封頭加熱及熱處理過程一致，所以，整個過程需正確選用焊材與焊接參數(shù)。