材料16Mo3的焊接工藝

陳紅霞 陳華 陳杰

1.前言

電解鋁槽槽殼是工業(yè)鋁提煉的電解熔槽，本項目電解鋁槽槽殼主體面板材料為16Mo3，搖籃架及散熱片等附件材料為Q235B。在對電解鋁槽槽殼制作項目中存在的技術難點進行分析的基礎上，制定了材料16Mo3的焊接工藝及現(xiàn)場施焊過程中的質(zhì)量控制措施，解決了焊接難題，保證了整體焊接質(zhì)量。

2.焊接難點分析

16Mo3材料屬Cr-Mo系列的低合金耐熱鋼，是應用于高溫條件下的重要材料，主要用于制造工作溫度高于500℃的高溫環(huán)境下，具有很好的抗氧化性、抗腐蝕性，高溫強度的鍋爐、壓力容器等。其化學性能如表1所示，機械性能如表2所示：

分析電解鋁槽槽殼焊接過程，存在以下幾方面的技術難點：①材料16Mo3的碳當量（CEV）按CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15計算得0.52%，鋼材淬硬傾向大，其冷作、焊接難度相當大，容易發(fā)生冷裂紋，出現(xiàn)近縫區(qū)硬化、熱影響區(qū)軟化，這是需解決的難題之一。②此外存在焊縫密集，焊接變形大，控制焊接變形，提高整體焊接工效是本項目施工過程的另一難題。

3.制作工藝

3.1切割工藝

16MO3是低合金鋼，切割過程中可能出現(xiàn)淬硬裂紋，為防止火焰割邊緣開裂，采取以以下措施加以控制：（1）采用半自動切割機或數(shù)控切割機下料，清除切口附近30-50mm的氧化皮等，控制氧氣純度不低于99.5%，否則切割速度明顯降低，切割面粗糙，下緣粘附熔渣。（2）切割前對割縫預熱，要求確保氧氣、乙炔壓力充足，采用集中供氣是最佳方法，如果采用瓶裝氧氣，則可將多瓶氧氣串聯(lián)使用。（3）火焰切割后，切割面表面會形成硬化層，不利于焊接，因而下料及坡口切割后必須通過打磨的方法消除硬化層。

3.2拼裝工藝

電解鋁槽槽殼外形尺寸較大，呈無蓋的盒狀，側板總成、端板總成上均布較多的散熱片，搖籃架包圍與底板、側板總成外側焊接，所有焊縫全部為連續(xù)焊接，焊縫密集，焊接變形大。為了減少焊接變形，將整體拼裝焊接工藝，改為“先部件后總成”的組焊工藝，是指將各部件及總成先單獨組焊成部件，校正后，再總裝焊接。按此工藝，分成部件拼裝焊接，易于獲得較好的焊接位置，保證焊接質(zhì)量，提高工效。部件前期已焊接并校正完成，后續(xù)整體焊接工作量控制在最少范圍內(nèi)，能最大限度地減少焊接變形。

3.3焊接工藝

3.3.1焊接方法

根據(jù)本項目結構特點及材料分析，選定CO2氣體保護焊的方法，焊絲直徑為1.2mm，16MO3焊接選用焊絲ER80S-G，16MO3與Q235B選用焊絲ER70S-G。

3.3.2焊前準備

（1）定位焊：需局部火焰預熱，預熱溫度大于150℃，點焊焊點長約10mm，間隔約400mm，電流可比正常焊接時約大15%。（2）焊縫不準朝向風口，風速大于10m/s時，焊前必須有防風措施。

3.3.3焊接預熱及后熱處理

16MO3材料焊接時若冷卻速度過快，易產(chǎn)生淬硬組織，層間脆性增大，會導致裂紋的產(chǎn)生。為了減慢焊接冷卻速度，降低淬硬組織的產(chǎn)生和裂紋的出現(xiàn)，必須進行焊前預熱和焊接后熱處理。（1）焊接預熱：16MO3材料焊前應預熱，預熱溫度選為150～200℃，預熱的加熱區(qū)域應在焊道兩側，寬度應為施焊處焊件厚度的1.5倍以上，且不小于100mm。（2）焊接后熱：焊后立即進行后熱處理，方法是在焊縫兩側100mm范圍內(nèi)加熱至250∽300℃，然后用50mm的保溫棉覆蓋，緩慢冷卻至常溫，保溫時間不低于2小時。

3.3.4焊接參數(shù)及工工藝要求

（1）16MO3材料焊接參數(shù)選用見表3所示。

（2）16MO3鋼在焊接工程中不允許中斷熱循環(huán)，保持焊接過程中的層間溫度不得低于預熱溫度。（3）焊接過程應安排兩名焊工同時對稱焊接，保持同時、同速、同參數(shù)焊接，以有利于減少焊接變形。（4）采用多層多道焊接工藝，焊接過程應用砂輪、鑿子及鋼絲刷等工具清理焊道或焊層間的焊渣、夾渣、氧化物等。所有焊接接頭的起、收弧都不能在拐角處進行;所有焊縫接頭需錯位50mm以上。

4.項目制作效果

采用上述拼裝及焊接方法進行電解鋁槽槽殼的制作及焊接，對接焊縫UT檢測，一次合格率達到97.2%，焊縫經(jīng)PT檢測，未發(fā)現(xiàn)焊縫表面裂紋、未熔合等缺陷，槽殼尺寸及焊縫質(zhì)量一次通過業(yè)主的檢查，滿足項目制作的質(zhì)量要求。

5.結論

16MO3材料雖然焊接難度較大，但通過采取嚴格的焊前預熱，焊中控制道間溫度，焊接后熱等焊接工藝及相關的質(zhì)量控制措施，能夠有效保證焊縫質(zhì)量，提高工效。