厚板封頭拼接焊縫焊接材料的選擇

王巖

(大連市化工設(shè)計(jì)院有限公司 大連市 116092）

1 前言

壓力容器1#氣液分離器由某公司制造，其設(shè)計(jì)壓力為7.1MPa，設(shè)計(jì)溫度為280℃，材質(zhì)為Q345R堆焊S32168，規(guī)格為DN3600X(115+6)，封頭厚度為120+6，由于直徑較大，封頭基層需拼接成形，成形過(guò)程采用先拼板，然后熱壓成形。由于120mm厚封頭拼接焊縫成形屬某公司首次制造，沒(méi)有焊接工藝評(píng)定，制造1#氣液分離器之前需要做封頭拼接焊縫的焊接工藝評(píng)定。在制作焊接工藝評(píng)定的過(guò)程中，力學(xué)性能結(jié)果顯示彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)都能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，但抗拉強(qiáng)度不能滿足母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限值要求。現(xiàn)介紹焊接工藝評(píng)定過(guò)程，分析結(jié)果可能產(chǎn)生的原因，針對(duì)抗拉強(qiáng)度不滿足要求提出解決方案。

2 焊接工藝評(píng)定

（1）焊前準(zhǔn)備及焊接工藝參數(shù)

圖1

評(píng)定選用兩塊材質(zhì)為Q345R的板材，規(guī)格為200X600X120。坡口形式及組對(duì)間隙如圖一所示，焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊，焊接時(shí)從U型坡口側(cè)開(kāi)始施焊，用碳弧氣刨?gòu)谋趁媲甯蠛附覸型坡口側(cè)。焊接材料選擇焊絲H10Mn2焊劑SJ101；預(yù)熱溫度≥100℃，用火焰對(duì)焊接坡口在兩側(cè)進(jìn)行加熱，層間溫度控制在100℃～200℃之間；焊接時(shí)基本參數(shù)如表一所示：

表1

(2) 焊接要點(diǎn)：

1）焊接前徹底清楚坡口，坡口表面應(yīng)保持平整，不得有裂紋、夾雜等缺陷，焊接部位及兩側(cè)各30mm的范圍，不得有水、油、銹等雜質(zhì)存在。對(duì)待焊表面進(jìn)行100%MT檢測(cè)，按NB/T47013.4-2013標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)合格后方可施焊。

2）焊劑在使用前要按使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行烘干。

3）焊接過(guò)程中，引弧應(yīng)在坡口內(nèi)進(jìn)行，不得在焊接部位意外隨意引弧。要特別注意起弧和收弧處的焊接質(zhì)量，多層多道焊時(shí)，每道焊接的起弧，收弧處應(yīng)盡量錯(cuò)開(kāi)，除面層及打底層外，應(yīng)逐層錘擊。

4）焊接時(shí)，采用小的線能量，直焊道，多道壓焊的方法，道間認(rèn)真清理熔渣，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)清除后，再繼續(xù)施焊。

（3）焊后焊接工藝評(píng)定試板檢驗(yàn)

1）按NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接工藝評(píng)定試板進(jìn)行外觀檢查，表面沒(méi)有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

2）按照NB/T47013-2013《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%射線探傷，射線檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格，技術(shù)等級(jí)為AB級(jí)。

3）按照NB/T47015-2011《焊接工藝規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱壓980℃ 2h+正火 920℃ 2.5h+消除應(yīng)力熱處理620±20℃5h；

4）按照NB/T47014-2011標(biāo)準(zhǔn)要求加工試樣，進(jìn)行拉伸、彎曲和沖擊等力學(xué)性能試驗(yàn)。力學(xué)性能試驗(yàn)報(bào)告中抗拉強(qiáng)度不能滿足母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限值要求。焊接接頭拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示：

易非喜歡坐火車，她喜歡這種有人陪伴，又可以想自己的心事的交通工具。這趟火車是風(fēng)城通往外界的最便捷出口，也是她每次出差的主要交通工具。經(jīng)常是各色人等擁塞其中。這次主任帶他們東征省城，本來(lái)是帶了專駕來(lái)的，可車子臨時(shí)出了點(diǎn)兒小狀況，主任突發(fā)奇想要憶苦思甜一下，選了這列火車，卻正好合了易非的心意。

表2

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

拉伸試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度不合格，并斷裂于焊縫部位，一種情況可能是焊材本身的抗拉強(qiáng)度不夠，另一種情況可能是因?yàn)楹负鬅崽幚淼倪^(guò)程對(duì)焊縫強(qiáng)度的影響。為避免焊接材料本身抗拉強(qiáng)度不滿足要求，對(duì)焊接材料按照NB/T47018-2017《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件》進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。由于焊接工藝評(píng)定中熱處理經(jīng)歷了熱壓+正火+焊后熱處理三種熱處理狀態(tài)，焊后熱處理溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)、次數(shù)越多，材料與焊接接頭強(qiáng)度的下降越多，且焊縫強(qiáng)度下降快于母材。為滿足封頭拼接焊縫的抗拉強(qiáng)度要求，決定將提高焊接材料抗拉強(qiáng)度級(jí)別進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

4 改變焊接材料進(jìn)行重新評(píng)定

（1）、焊前準(zhǔn)備及焊接工藝參數(shù)

圖2

評(píng)定選用兩塊材質(zhì)為Q345R的板材，規(guī)格為200X600X120。坡口形式及組對(duì)間隙如圖二所示，焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊，焊接時(shí)從U型坡口側(cè)開(kāi)始施焊，用碳弧氣刨?gòu)谋趁媲甯蠛附覸型坡口側(cè)。焊接材料選擇焊絲H08MnMoA焊劑SJ101；

預(yù)熱溫度≥100℃，用火焰對(duì)焊接坡口在兩側(cè)進(jìn)行加熱，層間溫度控制在100℃～200℃之間；焊接時(shí)基本參數(shù)如表3所示：

表3

(2) 焊接要點(diǎn)：

1）焊接前徹底清楚坡口，坡口表面應(yīng)保持平整，不得有裂紋、夾雜等缺陷，焊接部位及兩側(cè)各30mm的范圍，不得有水、油、銹等雜質(zhì)存在。對(duì)待焊表面進(jìn)行100%MT檢測(cè)，按NB/T47013.4-2013標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)合格后方可施焊。

2）焊劑在使用前要按使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行烘干。

4）焊接時(shí)，采用小的線能量，直焊道，多道壓焊的方法，道間認(rèn)真清理熔渣，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)清除后，再繼續(xù)施焊。

（3）焊后焊接工藝評(píng)定試板檢驗(yàn)

1）按NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接工藝評(píng)定試板進(jìn)行外觀檢查，表面沒(méi)有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

2）按照NB/T47013-2013《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%射線探傷，射線檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格，技術(shù)等級(jí)為AB級(jí)。

3）按照NB/T47015-2011《焊接工藝規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱壓980℃ 2h+正火 920℃ 2.5h+消除應(yīng)力熱處理620±20℃ 5h；

4）按照NB/T47014-2011標(biāo)準(zhǔn)要求加工試樣，進(jìn)行拉伸、彎曲和沖擊等力學(xué)性能試驗(yàn)。力學(xué)性能試驗(yàn)報(bào)告中焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、彎曲、沖擊符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。焊接接頭拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示：

試驗(yàn)結(jié)果證明，更換焊接材料抗拉強(qiáng)度滿足母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限值要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)焊接工藝評(píng)定的對(duì)比分析，厚壁封頭的拼接焊縫由于經(jīng)過(guò)熱處理的過(guò)程比較多，時(shí)間比較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致封頭拼接焊縫的抗拉強(qiáng)度下降，為滿足母材最低抗拉強(qiáng)度的要求，在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中就需要考慮到是否需要提高焊接材料的等級(jí)強(qiáng)度進(jìn)行施焊。