高壓鍋筒預焊件藥芯焊絲氣體保護焊焊接試驗

石麗花

（太原鍋爐集團有限公司， 山西 太原 030006）

高壓鍋筒（材質(zhì)P355GH）筒內(nèi)預焊件（材質(zhì)為普通碳鋼）一般較長，大致在7 m以上，有時可達10余米。由于需要焊接的預焊件較長，目前采用焊條電弧焊進行焊接，鍋筒內(nèi)部施焊條件較差，生產(chǎn)效率較低。為了提高生產(chǎn)效率，采用藥芯焊絲氣體保護焊（FCAW）進行生產(chǎn)工藝性能及力學性能試驗[1]。

1 焊接方法的選擇

藥芯焊絲是在結(jié)合焊條的優(yōu)良工藝性能和實芯焊絲的高效率自動焊的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一類新型焊接材料，優(yōu)點如下。

1.1 焊接工藝性能好

在電弧高溫作用下，芯部各種物質(zhì)產(chǎn)生造氣、造渣以及一系列冶金反應，對溶滴過渡形態(tài)、熔渣表面張力等物理性能產(chǎn)生影響，明顯地改善了焊接工藝性能。即使采用CO2氣體保護焊，也可實現(xiàn)溶滴的噴射過渡，可做到無飛濺和全位置焊接，且焊道成型美觀。

1.2 熔敷速度快、生產(chǎn)效率高

藥芯焊絲可進行連續(xù)地自動、半自動焊接。焊接時，電流通過很薄的金屬外皮，其電流密度較高，熔化速度快。熔敷速度明顯高于焊條，并略高于實芯焊絲。生產(chǎn)效率約為焊條電弧焊的3～4倍。

1.3 合金系統(tǒng)調(diào)整方便

藥芯焊絲可以通過金屬外皮和藥芯兩種途徑調(diào)整熔敷金屬的化學成分。特別是通過改變藥芯焊絲中的填充成分，可獲得各種不同渣系、合金系的藥芯焊絲以滿足各種需求。該優(yōu)點對于低合金高強度鋼焊接的優(yōu)勢是實芯焊絲無法比擬的。

1.4 能耗低

在電弧焊過程中，連續(xù)地生產(chǎn)使得焊機空載損耗大為減少；較大的電流密度，增加了電阻熱，提高了熱源利用率，這兩者可提高藥芯焊絲能源有效利用率，可節(jié)能20%～30%。

1.5 綜合成本低

焊接生產(chǎn)的總成本應由焊接材料、輔助材料、人工費用、能源消耗、生產(chǎn)效率、熔敷金屬表面填充量等多項指標綜合構(gòu)成。焊接相同厚度（中厚板以上）的鋼板，單位長度焊縫其綜合成本藥芯焊絲明顯低于焊條，且略低于實芯焊絲。使用藥芯焊絲經(jīng)濟效益是非常顯著的[2]。

2 材料分析

試驗采用 P355GH（DIN EN10028-2）與 Q245R（GB713）進行焊接。通過試件材料的化學成分及力學性能分析，確定P355GH和Q245R藥芯焊絲氣體保護焊的焊絲采用E71T-12M-J（標準：AWS A5.20/ASME SFA5.20），Φ1.2。試件材料及焊絲的化學成分及力學性能見表1及下頁表2。

表1 化學成分表 %

3 焊接工藝評定試驗

3.1 坡口的選擇

考慮到工藝評定的覆蓋問題，試件厚度定為40 mm。考慮到工件變形及填充量的問題，選擇的

表2 力學性能

坡口形式為X型，坡口尺寸如圖1。

圖1 坡口示意圖（mm）

3.2 試件制備

按圖1分別制備P355GH和Q245R的試件，規(guī)格為 δ40×100×750。

3.3 焊前準備

試件焊前打磨要求：應將坡口表面及其兩側(cè)10 mm范圍母材內(nèi)外表面的氧化皮、油、漆、垢、銹等清理干凈，直至發(fā)出金屬光澤。焊絲使用前應除凈污物。預熱：試件焊接前需預熱到100℃以上。

3.4 焊接

焊接參數(shù)要求：焊接電流為200～240 A；電弧電壓為20～24 V；保護氣體為Ar+CO2，流量為20～25 L/min，氣體混合比為φ（Ar）=80%～85%，φ（CO2）=20%～15%；焊接速度為蓋面層 7～10m/h，其余層15～25m/h；焊接過程中注意測溫，保證焊接過程中道間溫度不超過 300 ℃[3]。

焊接過程：為防止工件熱變形，需要正反面交替焊接。正面焊接第一層后，背面用角向磨光機清根并修磨完成后，背面焊接第一層，此后，二、三、四層正背面交替焊接，反面四、五層焊后，正面其余層全部焊完，最后焊背面其余各層。施焊中，應特別注意焊道接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時應將熔池填滿。

焊接完成后對焊縫表面缺陷進行檢測，經(jīng)檢測無裂紋、咬邊、氣孔、夾渣、未熔合等表面缺陷。確定試件焊縫表面質(zhì)量檢查合格。

3.5 無損檢測

對焊縫進行100%射線檢測。經(jīng)檢測，焊縫質(zhì)量分級為Ⅰ級，合格。

3.6 焊后熱處理

經(jīng)無損檢測合格后，試件進行焊后熱處理。退火熱處理：升溫速度≤120℃/h，保溫溫度560℃±15℃，保溫時間6 h，保溫時間結(jié)束后爐冷低于300℃，出爐空冷。

4 檢查

工件焊后熱處理冷卻后，按照NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》進行力學性能和金相試件的加工。沖擊試驗試樣按標準件加工。拉伸試驗：室溫下，橫拉的抗拉強度為460 MPa，全拉的抗拉強度為536 MPa。彎曲試驗：4件180°側(cè)彎結(jié)果均完好。沖擊試驗：熱影響區(qū)沖擊功為205 J、203 J、206J、119J、133J、140J，焊縫區(qū)沖擊功為 182J、173 J、201 J。

金相檢測部位及組織見圖2—圖6，經(jīng)金相檢測：無疏松、裂紋，無過燒組織且無淬硬性馬氏體。

圖2 P355GH母材：鐵素體+珠光體

圖3 P355GH熱影響區(qū)：鐵素體+珠光體

圖4 焊縫：索氏體

圖5 Q245R熱影響區(qū)：鐵素體+珠光體

圖6 Q245R母材：鐵素體+珠光體

5 結(jié)語

根據(jù)標準，拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗試驗結(jié)果均合格。金相經(jīng)檢測符合執(zhí)行標準。說明P355GH+Q245R藥芯焊絲氣體保護焊的焊接工藝是合理可行的。

[1]楊松主.鍋爐壓力容器焊接技術(shù)培訓教材[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]ASME鍋爐及壓力容器材料委員會.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范國際性規(guī)范Ⅱ材料C篇焊條、焊絲及填充金屬[S].中石協(xié)ASME規(guī)范產(chǎn)品專業(yè)委員會（CACI）翻譯.北京：中國石化出版社，2013.

[3]中國機械工程學會焊接學會編.焊接手冊：焊接方法及設(shè)備[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.