自動(dòng)FCAW堆焊法蘭密封面(槽)的國(guó)產(chǎn)化研究

顧曉軍(中國(guó)石化上海高橋石油化工有限公司，上海 200137)

自動(dòng)FCAW堆焊法蘭密封面(槽)的國(guó)產(chǎn)化研究

顧曉軍(中國(guó)石化上海高橋石油化工有限公司，上海 200137)

本文通過(guò)國(guó)產(chǎn)的密封面自動(dòng)堆焊設(shè)備堆焊法蘭密封面(槽)耐蝕層，改善CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲(FCAW)堆焊密封面(槽)的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；選用國(guó)內(nèi)外不銹鋼CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲，采用合適的焊接工藝規(guī)程堆焊法蘭密封面(槽)耐蝕層，使其滿(mǎn)足有關(guān)加氫設(shè)備的技術(shù)要求。

FCAW自動(dòng)堆焊；法蘭密封面(槽)；國(guó)產(chǎn)堆焊設(shè)備；焊接技巧

0 前言

加氫設(shè)備密封面(槽)通常采用堆焊奧氏體不銹鋼耐蝕層的方式來(lái)增加其耐蝕性。在諸多成熟堆焊技術(shù)之一中，CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲堆焊(FCAW)因具有生產(chǎn)效率高、焊后熔渣薄且易去除、焊縫成形美觀、易于進(jìn)行半自動(dòng)和自動(dòng)化的焊接等諸多優(yōu)點(diǎn)，在加氫設(shè)備密封面(槽)堆焊領(lǐng)域得到的廣泛應(yīng)用[1-2]。本文通過(guò)使用國(guó)產(chǎn)的密封面自動(dòng)堆焊設(shè)備，選用國(guó)內(nèi)外不銹鋼CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲，對(duì)國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化氣體保護(hù)焊堆焊法蘭密封面(槽)進(jìn)行了研究，獲得了良好的堆焊質(zhì)量和堆焊效果。

1 國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化氣體保護(hù)焊堆焊法蘭密封面(槽)堆焊過(guò)程研究

1.1 堆焊的技術(shù)要求

按目前常用的加氫設(shè)備堆焊技術(shù)條件，在距耐蝕層表面2．5～3．0mm范圍內(nèi)取樣，按GB223進(jìn)行化學(xué)分析，其化學(xué)成分應(yīng)滿(mǎn)足表1要求。

表1 堆焊層化學(xué)成分(%)

1.2 焊接設(shè)備

FCAW自動(dòng)堆焊機(jī)為“小管徑及密封面堆焊設(shè)備(TIG/CO2)”，通過(guò)焊接控制系統(tǒng)配合精密變位機(jī)，利用傾翻完成工件焊縫位置的變換，通過(guò)旋轉(zhuǎn)完成工件自動(dòng)堆焊。

1.3 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)?zāi)覆?2CrMo1III鍛件，厚度為 50mm，共4件；兩件加工成平面(試件S1/S2)，模擬平面法蘭密封面；另外兩件加工T形槽密封槽(試件S3/S4， T形槽寬度20mm，T形槽深度10mm，T形槽處倒角為23°)，模擬T形槽密封槽，見(jiàn)圖1。

圖1 模擬試件

1.4 試板S1/S3采用國(guó)產(chǎn)品牌焊材，S2/S4采用進(jìn)口品牌焊材，具體焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表2

1.5 堆焊過(guò)程

法蘭平面密封面堆焊過(guò)程，清理待堆焊面，并按NB/T47013．4進(jìn)行100%MT檢測(cè)合格；固定工件，堆焊過(guò)渡層309L，通過(guò)設(shè)定焊縫間距(即焊接當(dāng)前焊道時(shí)焊絲所在位置，與焊接前一道時(shí)焊絲所在位置見(jiàn)的距離)實(shí)現(xiàn)焊道的自動(dòng)連續(xù)堆焊和焊道搭接量的控制，單層堆焊厚度控制在3．0mm，堆焊完過(guò)渡層，清理焊渣，并加工去除0．5mm～1mm，并按NB/T47013．5進(jìn)行100%PT檢測(cè)合格；同樣方法堆焊表層；

法蘭T形槽密封面槽堆焊過(guò)程，清理待堆焊面，并進(jìn)行100%PT檢測(cè)合格；固定工件，堆焊過(guò)渡層309L，堆焊順序如下：CD間拐角處—BC間拐角處—C面—D面—B面。每焊完一道，清理焊渣，在同一面焊道搭接時(shí)，焊絲對(duì)準(zhǔn)前一焊道邊緣向內(nèi)0．5mm～1．5mm，單層堆焊厚度控制在3．0mm，堆焊完過(guò)渡層，并加工去除0．5mm～1mm，并按NB/T47013．5進(jìn)行100%PT檢測(cè)合格；同樣方法堆焊表層；

1.6 焊后熱處理工藝

焊 后熱處理工藝為(690±14)℃×32hr，裝爐溫度≤400℃，升、降溫速度≤55℃/hr，試板隨爐冷至400℃以下出爐空冷。

表2 試板焊接工藝

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 焊接工藝性

按上述焊接工藝通過(guò)國(guó)產(chǎn)密封面(槽)堆焊設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)法蘭密封面(槽)不銹鋼耐蝕層的FCAW自動(dòng)堆焊，焊接電弧穩(wěn)定性較好，焊縫成型美觀，表面光滑，無(wú)氣孔、裂紋、夾渣等明顯缺陷產(chǎn)生。

2.2 耐蝕層表面鐵素體檢測(cè)

焊態(tài)下采用磁性法，按《GB/T1954-2008 鉻鎳奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體含量測(cè)量方法》檢測(cè)S1、S2耐蝕層表面鐵素體，具體檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 耐蝕層表面鐵素體數(shù)

2.3 耐蝕層化分檢測(cè)

耐蝕層化學(xué)成分檢測(cè)位置為不銹鋼耐蝕層表面下2．5mm～3mm，按《GB/T11170-2008不銹鋼多元素含量的測(cè)定火花源原子發(fā)射光譜法分析方法》和《GB/T20124-2006鋼鐵氮含量的測(cè)定惰性氣體熔融導(dǎo)熱法》檢測(cè)S1、S2耐蝕層化學(xué)成分，化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 耐蝕層化學(xué)成分(%)

表4中鐵素體數(shù)依據(jù)“不銹鋼焊縫金屬WRC-1992(Fn)”計(jì)算得出。從表3、表4數(shù)據(jù)可看出：S1、S2試板熔敷金屬中主要化學(xué)元素滿(mǎn)足表1的要求，鐵素體數(shù)均在3～8之間，滿(mǎn)足加氫堆焊技術(shù)條件的要求。

2.4 耐蝕層力學(xué)性能檢測(cè)

垂直于焊道方向自S1、S2試板截取大側(cè)彎和小側(cè)彎側(cè)彎試樣各兩件，按《GB/T2653-2008焊接接頭彎曲試驗(yàn)方法》進(jìn)行常溫彎曲180°試驗(yàn)，均合格。

1.2.4.2 懸浮細(xì)胞干重變化 懸浮細(xì)胞干重的測(cè)定方法：每隔2 d，將懸浮培養(yǎng)物全部?jī)A倒至50 mL離心管中，靜置1 h，盡量去除上清液，放置60℃烘干箱中，烘至恒重記錄數(shù)據(jù)。每次試驗(yàn)設(shè)置3組重復(fù)。

按照《GB/4340-20091金屬材料維氏硬度試驗(yàn)》對(duì)S1、S2耐蝕層橫截面進(jìn)行硬度HV10 檢測(cè)，耐蝕層表層HV10 平均值181．7 ； 耐蝕層過(guò)渡層HV10平均值為184．0。加氫堆焊技術(shù)條件要求堆焊層硬度 HV10應(yīng)大于 180，堆焊層硬度HV10≤245。

圖2 法蘭梯形槽密封面(槽)示意圖及焊接圖

2.5 焊接接頭金相組織分析

按照《GB/T13298-1991金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》對(duì)耐蝕層金組織相分析，S1/S2堆焊層表層金相組織為奧氏體+少量鐵素體，S1/S2過(guò)渡層金相組織為奧氏體+少量鐵素體，如圖3所示。

圖3 S1、S2金相組織

2.6 晶間腐蝕試驗(yàn)

平行于焊道方向自S1、S2試板耐蝕層截取各兩件試樣，按照《GB/T13298-1991金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》中硫酸-硫酸銅法試驗(yàn)：兩件試樣經(jīng)硫酸-硫酸銅腐蝕后，彎曲180°外表面均為出現(xiàn)晶間腐蝕產(chǎn)生的裂紋，均合格。

2.7 T型槽密封槽的試驗(yàn)

2．7．1焊態(tài)下采用磁性法，按《GB/T1954-2008 鉻鎳奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體含量測(cè)量方法》檢測(cè)分別檢測(cè)S3、S4試板T型槽B、C、D面的表面鐵素體，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表5 耐蝕層表面鐵素體數(shù)

從表5數(shù)據(jù)可看出：S3、S4鐵素體數(shù)均鐵素體數(shù)均在3～8之間，滿(mǎn)足加氫堆焊技術(shù)條件的要求。

2．7．2對(duì)S3、S4試板T型槽密封槽在小立車(chē)上分層解剖[3]，堆焊層每車(chē)去1mm按NB/T47013．5進(jìn)行一次100% PT檢驗(yàn)，均合格。

3 產(chǎn)品密封面(槽)的焊接技巧

通過(guò)上述試驗(yàn)證明，通過(guò)該國(guó)產(chǎn)的密封面自動(dòng)堆焊設(shè)備，國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口不銹鋼CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲均可以實(shí)現(xiàn)平面法蘭密封面和T形槽法蘭密封槽的自動(dòng)堆焊。通過(guò)實(shí)際在生產(chǎn)中總結(jié)，下列焊接技巧可進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量：

(1)在產(chǎn)品焊接過(guò)程中，引弧前通氣5s，引弧時(shí)間1．5s，?；r(shí)間2．0s，焊絲干伸長(zhǎng)度為(15～25)mm。

(2)法蘭平面密封面，同層焊接過(guò)程中，若逐道清除藥皮，需打磨清除焊接飛濺，且會(huì)損傷耐蝕層表面；不逐道清除藥皮，并不會(huì)在耐蝕層內(nèi)部及表面造成焊接缺陷。

(3)法蘭T型槽密封槽，密封槽B、C、D面，耐蝕層內(nèi)部易出現(xiàn)夾渣、氣孔等焊接缺陷。在焊接過(guò)程中逐道清理藥皮，并焊接完畢一層后采用不銹鋼專(zhuān)用砂輪打磨或機(jī)加工該層表面，可大幅提高焊接質(zhì)量。

4 結(jié)論

(1)國(guó)產(chǎn)的密封面自動(dòng)堆焊設(shè)備可實(shí)現(xiàn)法蘭密封面(槽)的FCAW自動(dòng)堆焊，堆焊法蘭密封面(槽)的不銹鋼耐蝕層均滿(mǎn)足目前加氫設(shè)備堆焊技術(shù)條件要求。

(2)國(guó)產(chǎn)的密封面自動(dòng)堆焊設(shè)備對(duì)焊材及工件形狀適用較廣，對(duì)于法蘭平面密封面可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)自動(dòng)堆焊，對(duì)于法蘭T形槽密封槽在人工輔助下完成自動(dòng)堆焊。

(3)國(guó)產(chǎn)FCAW自動(dòng)堆焊堆焊設(shè)備已在法蘭密封面(槽)耐蝕層堆焊的實(shí)際生產(chǎn)中得到穩(wěn)定的應(yīng)用，采用合理的焊接規(guī)程，可較大提高了法蘭密封面(槽)的堆焊質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

[1]張鵬林,趙文軍,周濤,等.不銹鋼藥芯焊絲堆焊技術(shù)在在壓力容器中的應(yīng)用[J].電焊機(jī),2006,(12):60-62.

[2]李文霞,喬巖莉,殷咸青.加氫反應(yīng)器接管法蘭內(nèi)壁藥芯焊絲堆焊工藝研究[J].現(xiàn)代焊接,2015，(4)：31-J34.

[3]張璞臨,蘭明,栗卓新.CO2氣體保護(hù)不銹鋼藥芯焊絲用于法蘭密封面(槽)堆焊的工藝[J].焊接技,1999,(3):14-16.

Application of overlay welding technique using FCAW in fl ange sealing surface

LIU Bao-jian Kang Jian-qiang Qin Zhi-kang

The anticorrosion layer of flange sealing surface(groove) is welded by the domestic automatic overlay welding equipment to improve the welding quality of FCAW,increase production ef fi ciency and reduce cost of production. The anticorrosion layer of fl ange sealing surface(groove)is welded with the domestic and foreign CO2gas shielded fl ux cored wire and the appropriate welding process to meet the technical requirements of the hydrogenation equipment.

FCAW automatic welding;Flange sealing surface; Domestic welding equipment;Welding skill

顧曉軍，中國(guó)石化上海高橋石油化工有限公司物資裝備中心 設(shè)備電儀部部長(zhǎng)。