15CrMoR厚板埋弧焊工藝試驗(yàn)與結(jié)果分析

鄭 康 何永亮 張洪昌 李 欣

（開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司，河南 開(kāi)封 475004）

15CrMoR厚板埋弧焊工藝試驗(yàn)與結(jié)果分析

鄭 康 何永亮 張洪昌 李 欣

（開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司，河南 開(kāi)封 475004）

本文在分析15CrMoR鋼焊接特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)40mm厚板進(jìn)行埋弧焊工藝試驗(yàn)，選擇恰當(dāng)?shù)暮附訁?shù)，制定有效的工藝措施，防止了焊接裂紋等缺陷的產(chǎn)生，試驗(yàn)取得了滿意結(jié)果，公司產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。

15CrMoR；厚板；裂紋；埋弧焊；工藝試驗(yàn)

開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司接了一臺(tái)加氫反應(yīng)器進(jìn)料預(yù)熱器的制作任務(wù)，殼程工作溫度260℃，工作壓力3.82MPa。因?yàn)楣ぷ鳒囟群凸ぷ鲏毫^高，選用的耐高溫材料為15CrMoR制作筒體、法蘭等殼程主要受壓元件，筒體厚度為30mm。管程用不銹鋼制作。在焊接生產(chǎn)之前，我們做了15CrMoR厚鋼板的埋弧焊焊接工藝試驗(yàn)，探究15CrMoR埋弧焊工藝。

1 焊接性分析

15CrMoR鋼是一種珠光體低合金耐熱鋼，主要合金元素有Cr、Mo、Si、Mn等。由于在鋼中加入了Cr、Mo合金元素，使其在高溫下具有良好的抗氧化性、強(qiáng)度和耐腐蝕性。但Cr、Mo合金元素的加入也使15CrMoR鋼焊接性變差，具有明顯的淬硬傾向，在焊接過(guò)程中很容易出現(xiàn)裂紋。

鋼的淬硬性由鋼的含碳量、合金元素及其含量決定。15CrMoR鋼由于加入了Cr、Mo合金元素，而Cr、Mo能顯著提高鋼的淬硬性。同時(shí)，這些元素使鋼在冷卻過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，奧氏體相在冷卻過(guò)程中形成馬氏體組織。

淬硬馬氏體組織的形成是冷裂紋出現(xiàn)的一個(gè)主要原因，15CrMoR在焊接時(shí)，冷卻速度越快，越容易形成淬硬組織，這種組織降低了焊縫和熱影響區(qū)的塑性，增大了脆性。這種組織在擴(kuò)散氫的作用下，往往會(huì)產(chǎn)生裂紋。15CrMoR鋼還有再熱裂紋傾向，由于鋼種的強(qiáng)碳化物形成元素以及焊接后存在殘余應(yīng)力，使其在再次加熱過(guò)程中出現(xiàn)裂紋；此外，裂紋的出現(xiàn)還與焊接熱輸入的大小、焊后熱處理參數(shù)的選擇有關(guān)［1］。

2 焊接試驗(yàn)過(guò)程

2.1 試板尺寸及化學(xué)成分

15CrMoR珠光體低合金耐熱鋼，使用溫度可達(dá)550℃。依據(jù)NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)的要求，制備尺寸為600mm×150mm×40mm試板兩塊。試板的化學(xué)成分符合GB 713《鍋爐和壓力容器用鋼板》的規(guī)定值。

2.2 焊接工藝

2.2.1 焊接方法的選擇。此次生產(chǎn)產(chǎn)品母材較厚，所以選用40mm厚的鋼板進(jìn)行試驗(yàn)，可覆蓋母材厚度范圍為16～200mm，滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，并為今后15CrMoR厚板容器的生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

表1 焊接參數(shù)

埋弧焊是通過(guò)電弧對(duì)焊絲和母材進(jìn)行加熱，使其熔化進(jìn)行連接的方法。焊接過(guò)程中焊絲、電弧和焊縫均被焊劑覆蓋，無(wú)任何飛濺，焊縫表面光潔、成形美觀，焊后無(wú)需進(jìn)行表面的修磨。熔化的焊劑還起到隔離空氣，保護(hù)熔池，改善焊縫力學(xué)性能等作用。手工電弧焊相比埋弧焊具有焊接效率高、焊縫質(zhì)量好、焊縫成形好等諸多優(yōu)點(diǎn)，故選用埋弧焊的方法進(jìn)行試驗(yàn)［2］。

2.2.2 焊接材料的選擇。選擇適合的焊接材料對(duì)焊接質(zhì)量的影響至關(guān)重要，埋弧焊的焊接材料有焊絲和焊劑，因埋弧焊的焊絲與焊劑的種類(lèi)很多，成分差異很大，即使相同種類(lèi)也會(huì)因生產(chǎn)工藝不同而有差別，影響焊接質(zhì)量。所以，焊絲與焊劑的匹配對(duì)埋弧焊的焊接很重要。選擇的焊絲與焊劑要能滿足母材對(duì)焊接接頭的性能要求，由15CrMoR母材的耐高溫特性及其化學(xué)成分，根據(jù)NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》中的推薦，選用焊絲為型號(hào)H08CrMoA，規(guī)格為4mm，焊劑型號(hào)為F48P0-H08CrMoA，焊劑、焊絲由生產(chǎn)廠家進(jìn)行匹配。

2.2.3 焊接坡口形式及焊接參數(shù)。由于板材較厚，我們采用的坡口形式雙V坡口。其坡口形式及焊接層次如圖1所示。

圖1 坡口形式及焊接層次

焊接參數(shù)主要有焊接電流、電壓、焊接速度等。焊接電流和電壓的大小主要影響熔深、余高和焊層的寬度，焊接速度保持穩(wěn)定。通過(guò)以往埋弧焊焊接的經(jīng)驗(yàn)及本次試驗(yàn)的相關(guān)要求，選擇相對(duì)較小的焊接電流，采用多層多道焊，以降低焊接熱輸入，制定的焊接參數(shù)見(jiàn)表1。

2.3 焊接工藝措施

根據(jù)埋弧焊的特點(diǎn)、試板材料特點(diǎn)及焊接質(zhì)量要求，制定了相應(yīng)的工藝措施，如下：①施焊前，用砂輪打磨焊縫坡口兩側(cè)不小于30mm范圍的油污、鐵銹和水分。②焊絲要清潔、干燥。焊劑要進(jìn)行烘干，烘干溫度300～350℃，烘干時(shí)間2h，并及時(shí)使用。③焊接前用火焰對(duì)母材進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～200℃，用激光測(cè)溫儀測(cè)量預(yù)熱溫度，預(yù)熱寬度大于坡口兩側(cè)160mm。④將試板點(diǎn)焊固定，并在兩側(cè)焊上引弧板。⑤層間溫度控制在150～200℃。⑥焊接完成后對(duì)要對(duì)焊縫進(jìn)行2h后熱處理，后熱溫度250～300℃。⑦層間熔渣清理干凈，背面清根時(shí)，用碳弧氣拋拋凈背部熔渣后，用砂輪對(duì)拋后的表面進(jìn)行打磨處理。

2.4 焊后熱處理

焊后熱處理不僅可以消除焊接殘余應(yīng)力，還能夠改善接頭組織，從而提高接頭力學(xué)性能。為保證15CrMoR高溫下保持良好的性能，要對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。

對(duì)試板進(jìn)行熱處理，熱處理溫度650±10℃，為了以后厚板焊接，適當(dāng)延長(zhǎng)了此次熱處理的保溫時(shí)間，保溫時(shí)間為5h。

2.5 工藝試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)焊接完成的試板進(jìn)行100%X射線檢測(cè)，符合按NB/T47013.2標(biāo)準(zhǔn)要求，Ⅱ級(jí)合格。

根據(jù)NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》制備焊接試樣分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下。

2.5.1 拉伸試驗(yàn)。制取4組20mm厚的拉伸試樣，按GB/T228標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到拉伸值分別為495、490、495、495Mpa。標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值為450Mpa，拉伸試驗(yàn)值均大于標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值，并在熱影響區(qū)韌斷，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5.2 彎曲試驗(yàn)。制取4組彎曲試樣，按GB/T2653規(guī)定進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn)，彎曲角度180°。對(duì)彎曲后的焊縫和熱影響區(qū)表面進(jìn)行檢查，在受拉面上未發(fā)現(xiàn)缺口、裂紋等缺陷。

2.5.3 沖擊試驗(yàn)。制取3組焊縫區(qū)沖擊試樣和3組熱影響區(qū)沖擊試樣，試樣尺寸均為：10mm×10mm× 55mm。按GB/T229的規(guī)定進(jìn)行夏比V型沖擊試驗(yàn)，得到焊縫區(qū)沖擊值66、50、58J。熱影響區(qū)沖擊值90、80、60J。試驗(yàn)得到的沖擊值均大于31J，符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

采用該工藝進(jìn)行15CrMoR試板焊接，通過(guò)嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度、層間溫度和焊后及時(shí)進(jìn)行后熱處理等工藝措施可有效防止裂紋的產(chǎn)生，試驗(yàn)結(jié)果符合要求。說(shuō)明所選的焊接工藝合理可行，本次試驗(yàn)對(duì)15CrMoR厚板埋弧焊具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第二卷）材料焊接（第3版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］吳志生，楊立軍，李志勇.現(xiàn)代電弧焊接方法及設(shè)備［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

15CrMoR Thick Plate Submerged Arc Welding Process Test and Result Analysis

Zheng Kang He Yongliang Zhang Hongchang Li Xin
（Kaifeng Air Separation GroupCo.,LTD，Kaifeng Henan 475004）

On the basis of analyzing the characteristics of the 15CrMoR welding steel,the 40mm thick plate submerged arc welding process test,and choose the appropriate welding parameters,make effective technological measures to prevent the formation of the welding defects such as cracks,the experiment has achieved satisfactory results, the quality of products is guaranteed.

15CrMoR；thick plate；craze；submerged arc welding；process test

TG457.5

A

1003-5168（2017）07-0058-02

2017-06-02

鄭康（1988-），男，本科，助理工程師，研究方向：焊接工藝研發(fā)。