90°彎頭直管堆焊后彎曲成型技術(shù)

王迎君

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

內(nèi)壁堆焊彎管是加氫反應(yīng)器及熱高分反應(yīng)器等臨氫設(shè)備上的重要部件，該類彎管內(nèi)壁通常堆焊309L+347材料，堆焊厚度一般為3+3.5 mm，在國(guó)內(nèi)外同行業(yè)中傳統(tǒng)的制造工藝一般為：鍛件加工→彎管煨制→正火+回火→分段(一般分3～4段)→分別手工堆焊→?？凇謩e加工坡口→遞退法焊接基層環(huán)縫→檢測(cè)→手工堆焊。原彎管制造簡(jiǎn)圖如圖1所示。為縮減產(chǎn)品的制造周期和節(jié)約生產(chǎn)成本，我們開發(fā)了新制造工藝：鍛件加工→自動(dòng)焊整體堆焊→彎管煨制→正火+回火→?？凇庸て驴凇鷻z測(cè)。

1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

1.1 材料

我們選用的基層試驗(yàn)材料為加氫反應(yīng)器常用的2.25Cr-1Mo鍛件，毛坯尺寸?329/190 mm×1190 mm，鍛件級(jí)別：Ⅲ，供貨狀態(tài)為920℃正火+680℃回火?；鶎硬牧系牧W(xué)性能及化學(xué)成分見表1和表2。

1.2 焊接材料

本次試驗(yàn)用焊材采用日本W(wǎng)EL公司生產(chǎn)的309L及347焊絲。

圖1 原彎管制造工藝簡(jiǎn)圖Figure 1 Process sketch of original pipe bending manufacture

圖2 試驗(yàn)彎管尺寸圖Figure 2 Dimensional drawing of test elbow

焊材情況如表3所示。

1.3 圖紙及工藝文件

試驗(yàn)彎管的尺寸詳見圖2所示，其R/D=1.56。根據(jù)圖紙和加氫反應(yīng)器技術(shù)條件編制了詳細(xì)的專用工藝文件。

表1 基層材料的力學(xué)性能Table 1 Mechanical property of base materials

表2 基層材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 Chemical composition of base materials (Mass,%)

表3 焊材化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Chemical composition of welding materials (Mass,%)

2 試驗(yàn)

2.1 加工

加工鍛件直管內(nèi)外壁。加工時(shí)控制鍛件內(nèi)外圓的同心度及內(nèi)外圓尺寸，保證壁厚均勻。

加工完畢后對(duì)鍛件按JB/T 4730.3—2005進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格；鍛件內(nèi)、外表面按JB/T 4730.4—2005進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格。

2.2 堆焊

堆焊厚度為6.5 mm，其中表層有效厚度為3 mm。堆焊方法采用TIG。堆焊過程：堆焊前打磨→堆焊過渡層→過渡層滲透檢測(cè)→表面清理→堆焊表層→表層滲透檢測(cè)→堆焊層結(jié)合面100%超聲檢測(cè)及堆焊層厚度檢測(cè)。

直管堆焊層結(jié)合面按JB/T 4730.3—2005進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格；內(nèi)表面表層按JB/T 4730.5—2005進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格。

2.3 煨制

加熱成型：熱成型過程試件的溫度不得低于800℃。

成型后的檢測(cè)：按JB/T 4730.4—2005對(duì)彎管外表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格；按JB/T 4730.3—2005對(duì)堆焊層結(jié)合面進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格；按JB/T 4730.5—2005對(duì)堆焊層內(nèi)表面進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格。

2.4 熱處理

成型后，對(duì)試件進(jìn)行正火處理：920±10℃×1.5 h，水加速冷卻；然后進(jìn)行回火處理：720±15℃×4.5 h，空冷。

對(duì)彎管進(jìn)行檢測(cè)：按JB/T 4730.4—2005對(duì)外表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格；按JB/T 4730.3—2005對(duì)堆焊層結(jié)合面進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格；按JB/T 4730.5—2005對(duì)堆焊層內(nèi)表面進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)，結(jié)果合格。

2.5 厚度檢測(cè)

厚度檢測(cè)見圖3和表4所示。

3 彎管解剖及試樣檢驗(yàn)

3.1 尺寸檢測(cè)

為了更直觀的反映彎管在彎曲過程和彎曲后的截面變化情況，我們將彎管按圖4進(jìn)行了解剖，經(jīng)過對(duì)斷面尺寸進(jìn)行檢測(cè)與無(wú)損檢測(cè)尺寸相符。圖5為彎管解剖后彎管實(shí)物圖。

3.1.1 圓度檢測(cè)

表4 彎管測(cè)厚記錄表Table 4 Recording table of elbow thickness measuring

表5 試樣檢測(cè)結(jié)果Table 5 Test result of sample

圖3 彎管測(cè)厚位置示意圖Figure 3 Location sketch for the thickness measuring of elbow

圖4 彎管解剖圖Figure 4 Dissection sketch of elbow

該彎管的最大變形處理論上應(yīng)該在彎管的45°處，經(jīng)檢測(cè)，該處內(nèi)徑實(shí)際尺寸為Dmax=180.26 mm，Dmin=172.46 mm，最大圓度為7.8 mm，能夠滿足圖樣要求。

3.1.2R檢測(cè)

圖5 解剖后彎管實(shí)物Figure 5 Elbow after dissection

項(xiàng)目結(jié)果室溫拉力454℃拉力-30℃KV室溫彎曲硬度HV10金相組織晶粒度Rm=550MPa,Re=380MPa,A=24.0%,Z=77.0%Rp0.2=320MPa290J、287J、278Jd=3a,α=180°,1件,合格T/2處178、178、177;T3/4處177、172、169貝氏體回火組織8.5

彎管的半徑圖樣要求為R=400 mm，經(jīng)實(shí)際

圖6 堆焊層金相磨片放大照片(400×)Figure 6 Microsection of overlay (400×)

放樣測(cè)量R=402 mm，能夠滿足圖樣要求。

3.1.3 壁厚減薄檢測(cè)

彎管的基層厚度經(jīng)過超聲波檢測(cè)最小基層厚度在45°處的外圓處，符合彎曲規(guī)律，δmin=26.7 mm，其減薄量為11%，小于17%，滿足圖樣要求。

彎管的堆焊層厚度經(jīng)過超聲檢測(cè)最小基層厚度在45°處的外圓處，符合彎曲規(guī)律，δmin=6.2 mm，能夠滿足圖樣要求。

3.2 試樣檢驗(yàn)

試樣的制備：該彎管的母材試樣是在彎管的本體上截取的，因此能夠代表彎管的全部熱處理過程。

試樣的熱處理：彎管的母材試樣截取后，單獨(dú)進(jìn)行最大模擬最終退火熱處理，試件模擬PWHT：690±15℃×26 h，400℃出爐空冷。

試樣檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

堆焊層金相磨片圖見圖6。

基層母材的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

4 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)過程及結(jié)果，說(shuō)明工藝得當(dāng)，直管堆焊完煨彎成型并經(jīng)過正火(水加速冷卻)+回火處理后，其內(nèi)壁堆焊層及結(jié)合面能夠保證滿足加氫反應(yīng)器的實(shí)際應(yīng)用。