C4鋼的焊接工藝運(yùn)用范文

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《化學(xué)工業(yè)與工程》2014年第三期

1焊接接頭的熱裂紋

為了能與母材的抗腐蝕性相匹配，焊縫也應(yīng)含有較多硅、鉻、鎳等合金元素。由于硅和鎳的親和力，而硅在含鎳量較高的鋼中很容易引起成分偏析，因而含鎳量越高，硅越易促使焊接過程中增大焊縫熱裂紋傾向;同時(shí)，在焊接過程中Ni-S、Ni-P易形成低熔點(diǎn)共晶，產(chǎn)生熱裂紋。為了防止熱裂紋的產(chǎn)生，除鋼的物理性能、合金成分這些因素難以改變外，可以采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣韺?shí)現(xiàn)對結(jié)晶組織的控制。

2焊接工藝的確定

2.1焊接材料為了提高焊接接頭的抗腐蝕能力和抗熱裂紋能力，根據(jù)c4鋼的化學(xué)成分，通過理論分析，確定焊縫填充金屬中需要適當(dāng)?shù)蔫F素體含量;但鐵素體含量過高，其組織本身的抗腐蝕能力低，易造成整個(gè)焊縫的抗腐蝕性降低，不能滿足產(chǎn)品的使用性能。而采用與C4鋼相同的化學(xué)成分的焊條，焊接過程中熱裂傾向嚴(yán)重，不能保證焊接質(zhì)量。通過探索并結(jié)合以往的焊接經(jīng)驗(yàn)，選用焊縫金屬鐵素體質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～8%的奧氏體+鐵素體的雙相組織，能增強(qiáng)焊縫金屬的抗裂性能。借助于舍夫勒(Sehaeffler)圖，可以預(yù)控制焊縫金屬的相組成，達(dá)到符合使用要求的目的。通過公式:鉻當(dāng)量=w(Cr)+w(Mo)+1.5w(Si)+0.5w(Cb)十5w(V)+3w(A1);鎳當(dāng)量=w(Ni)+30w(C)+0.87w(Mn)+0.33w(Cu)+［w(N)－0.045］×30，計(jì)算得焊條HC4的鉻當(dāng)量為24.9%，鎳當(dāng)量為15.64%。經(jīng)查舍夫勒圖，焊縫金屬組織是鐵素體質(zhì)量分?jǐn)?shù)在控制范圍內(nèi)的奧氏體加鐵素體的雙相組織，能確保其產(chǎn)品的焊接性和使用性，為此選擇了HC4焊條，化學(xué)成分見表1。

2.2接頭形式及焊接方法通常焊接壁厚4mm的鋼材，多選用鎢極氬弧焊(GTAW)打底，焊條電弧焊(SMAW)蓋面。但實(shí)際焊接過程中，由于制造容器的直徑大、筒體長，背面充氬氣困難，考慮采用單面焊雙面成型鎢極氬弧焊(GTAW)打底技術(shù)。但該技術(shù)需做輔助設(shè)施，且會使筒體內(nèi)部增加焊疤，對耐腐蝕性能產(chǎn)生影響，因此，不能選擇通常的接頭形式及焊接方法。為了保證焊接接頭質(zhì)量，同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中具有可操作性，進(jìn)行了3組接頭形式試驗(yàn)。1)第1組:留有2～3mm間隙的單V型。采用焊條電弧焊(SMAW)打底蓋面，避免了鎢極氬弧焊(GTAW)打底背面需要充氬的缺點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:焊接接頭變形大，造成設(shè)備成形不好;進(jìn)行了5組耐腐蝕性能試驗(yàn)，均有輕微腐蝕傾向。因此，該接頭形式和焊接方法不可選。2)第2組:留有0～1mm間隙的單V型(見圖1)。首先鎢極氬弧焊自熔(背面不充氬)，接著焊條電弧焊蓋面，最后背面鎢極氬弧焊自熔。試驗(yàn)結(jié)果表明:焊縫背面成型良好，焊接變形小;背面不填絲鎢極氬弧焊，對焊縫金屬起到固溶處理的作用，有利于提高焊縫的耐腐蝕能力，5組耐腐蝕試驗(yàn)結(jié)果均合格。因此，該接頭形式和焊接方法可選擇。3)第3組:不開坡口，采用內(nèi)外兩側(cè)2人同時(shí)同步進(jìn)行鎢極氬弧焊的方法。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用雙槍鎢極氬弧焊，要使焊縫一次成型，提高焊接速度很困難;相應(yīng)的焊接線能量較大，降低了接頭的耐蝕性能，5組腐蝕試驗(yàn)中，有3組不合格;焊接過程中對2人的同步要求很高，否則容易形成弧坑裂紋。因此，該接頭形式和焊接方法不可選。由以上3組試驗(yàn)可見:第2組接頭形式和焊接方法可行。因此，在實(shí)際焊接過程中選擇了該方法。

2.3焊接參數(shù)焊接參數(shù)的選定，主要根據(jù)接頭尺寸、形狀以及焊縫成形的要求，同時(shí)考慮提高焊接接頭的耐腐蝕性和抗熱裂性。研究表明:焊縫金屬組織中含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%左右的鐵素體，既可防止熱裂紋又可提高抗腐蝕性能。焊接規(guī)范的選擇，特別是焊接電流和焊接速度的配合對鐵素體含量的影響至關(guān)重要。通過一系列試驗(yàn)，確定了焊接4mmC4鋼的最佳工藝參數(shù)，如表2所示。

3焊接工藝評定

用C4鋼進(jìn)行了板狀對接焊接工藝評定試驗(yàn)，試件尺寸為600mm×125mm×4mm，用表2中的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接。焊后焊縫進(jìn)行100%射線檢測，均為I級片合格，依據(jù)NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了各項(xiàng)檢驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下:拉伸試驗(yàn)斷口均在母材處;晶間腐蝕試驗(yàn)中均未腐蝕;面彎和背彎試驗(yàn)(180°)結(jié)果均合格。

4焊接工藝的應(yīng)用

以評定合格的焊接工藝參數(shù)為依據(jù)，編制了濃硝酸儲罐筒體縱縫、環(huán)縫的焊接工藝，并實(shí)施了焊接，在其中一條縱縫的延長部位連接產(chǎn)品焊接試板。按圖紙要求對每條焊縫進(jìn)行100%射線探傷，一次合格率為98%，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)及圖紙要求。評定結(jié)果說明:選擇的工藝方案及工藝評定所確定的工藝參數(shù)能保證焊接接頭的各項(xiàng)性能要求，為焊接C4鋼提供了經(jīng)驗(yàn)。

5注意事項(xiàng)

1)坡口對接時(shí)，間隙控制在0～1mm為宜。因?yàn)槿萜鲀?nèi)部背面未進(jìn)行氬氣保護(hù)，間隙過大，超過1mm會影響筒體內(nèi)部焊縫質(zhì)量。2)層間溫度控制在150℃以下。3)焊接過程中一定要遵循“小電流、大焊速、窄焊道”的焊接操作方法，焊工不要做橫向擺動的手法，只需直線向前。4)GTAW采用直流正接，SMAW采用直流反接。5)筒體內(nèi)部的焊縫直接和濃硝酸接觸，容易受到腐蝕，因此內(nèi)部焊縫成形很關(guān)鍵。本工藝采用了內(nèi)部不填絲GTAW重熔技術(shù)，不僅對該焊縫金屬起到固溶處理的作用，提高了焊縫的耐腐蝕能力，同時(shí)容器內(nèi)重熔后焊縫成型良好，也是提高容器耐腐蝕性的重要因素。6)筒體壁厚4mm，焊接過程中易產(chǎn)生變形，所以控制好焊接順序是關(guān)鍵。一般順序?yàn)?縱縫—整圓—環(huán)縫—T型接頭。

6結(jié)論

1)采用HC4焊條焊接C4鋼，其焊接選擇的熱輸入、道間溫度、坡口尺寸數(shù)據(jù)較合適。2)焊工施焊C4鋼的手法和速度與焊接低碳鋼、低合金鋼和不銹鋼有所不同，所以焊接前需對焊工進(jìn)行工藝培訓(xùn)。3)采用此焊接工藝，焊接接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性能完全滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

作者：姚彩艷賀靈娜單位：南京華寶工程檢測有限公司