16MnR+0Cr18Ni9/28+3复合钢板焊接工艺

2022-09-11

1 内容简述

几年来, 省安二公司先后承接制作了唐山三友化工股份有限公司的多台压力容器, 其中难度最大的是出料罐, 它属于二类压力容器, 材质是16MnR+0Cr18Ni9复合钢板, 名义厚度为28+3, 公称直径为DN5200mm, 水压试验压力为1.7MPa, 物料为中毒危害的PVC、VCM介质, 焊接接头系数为1.0。

2 工艺完善过程

2.1 首次焊接工艺

第一次确定的焊接工艺是:基层用H10Mn2φ4.0的埋弧焊丝焊接, 过渡层用A302φ4.0焊条焊接, 复层用H0Cr21Ni10φ4.0的埋弧焊丝焊接成形。首先选用两名合格焊工, 采用此工艺进行了焊接试验, 基层多道焊填充位置不正, 复合层埋弧焊焊接熔深非常大, 焊接以后把过渡层的焊肉熔化。于是决定采用手工焊焊接工艺。先采用φ1.2mm CO2焊丝焊接基层打底, 用埋弧焊盖面。然后反面用A302焊条焊过渡层, 用A102焊条焊接复层。焊接以后, 工艺评定合格。但在实际操作过程中, 并且在基层焊接后未确定是否合格的情况下就焊接过渡层和复合层, 造成这焊接接头出现了条渣、未焊透、层间未熔合、气孔、裂纹几种焊接缺陷。分析问题出现的原因如下。

(1) 气温较低, 裂纹可能是环境温度造成的。

(2) 焊工在施焊过程中工艺参数控制得不准确, 焊丝移动速度过快, 焊丝未进行充分的熔化, 造成焊接接头未熔合、未焊透和条渣。

(3) 未在基层焊接结束后进行基层100%无损检测直接进行过渡层和复合层焊接, 造成最后缺陷集中。

(4) 复合板的坡口用刨边机加工, 但加工的坡口钝边太大, 造成组对后坡口小, CO2焊丝打底时把头摆动不开, CO2焊丝吐丝长度又太长, 造成夹渣、未熔合等缺陷。

(5) 焊接完基层后留下的剩余高度不准确, 一般应在2mm左右。综上所述, 我们采取以下措施:重新编制焊接工艺, 考虑CO2焊丝熔深浅、焊肉薄的缺点, 在焊接中加入使用J506焊条, 利用它的熔深大和抗裂性能;过渡层选用A302或者A317, 利用后者的抗裂性;基层焊接好后进行一次100%无损检测。

第一次焊接最后确定的焊接工艺 (见图1) 。

(1) 选用X坡口组对, 对接间隙2±1钝边2±1mm坡口角度65°±5°。

(2) 先焊接靠近复层端的基层, 用φ1.2mm CO2焊丝焊接三层, 吐丝长度一般为12mm, 最长不超过15mm。焊接电流140A~180A、电压24V~25V。

(3) 然后焊接背面基层, 先用电弧气刨彻底清根、磨光机打磨, 然后用J506φ4.0焊条焊接两遍, 电流180A、电压30V。

(4) 再选用H10Mn2φ4.0的埋弧焊丝焊接两遍, 焊接电流720A~750A、电压35V~36V, 基层焊接结束, 进行100%X射线检测, 发现缺陷进行返修, 合格后进行下一道工序。

(5) 再进行过渡层焊接, 选用A302焊条, 气温低可选用A317焊条, 电流160A、电压28V。焊接时一定要焊薄些, 一般过渡层加上留下来的基层厚度2+3=5mm, 过渡层熔深上面0.5mm~1.0mm, 下面2.0mm~2.5mm。

(6) 最后复层用A102φ4.0焊条进行焊接, 电流170A、电压28V。一根焊条可以焊80mm~90mm长左右。

按照这种焊接工艺进行施焊, 重点强调了焊接工艺纪律, 对容器开始进行施焊, 结果效果很好, 只存在个别的气孔, 合格率95%以上。按照此工艺焊接, 厂家保证了焊接质量。

2.2 完善焊接工艺

首次采用的焊接工艺主要是手工电弧焊, 埋弧自动焊应用率较底。为提高焊接速度, 我们总结出一套比较完善的焊接工艺。

如表2, 图2所示。

在焊接过程中, 要注意以下要点。

(1) 复合钢板坡口要采用冷加工, 对接缝装配时, 基准面为不锈钢复层面, 防止错边过大, 影响复层焊接质量。

(2) 装配、焊接过程中, 严防机械碰伤, 电弧烧伤不锈钢复层表面。

(3) 严防碳钢焊丝焊接在复层上或过渡层焊丝焊在复层上。

(4) 碳钢焊接时的飞溅落在复层面上时, 要仔细清除。焊后对焊缝进行清理, 去飞溅、清渣, 并对不锈钢侧的焊缝进行打磨。

(5) 基层焊接要连续施焊, 保证层间温度, 焊后立即采用氧乙炔焰对焊缝区加热, 加热范围不可过大, 温度控制在250℃, 保温30min, 以防基层和复层结合部位开裂。基层和复层每焊完一层后立即锤击, 锤击范围在焊缝两侧长靠近母材, 宽度范围约50mm~60mm, 焊缝全部焊完后仍应立即进行锤击。

(6) 在焊接过渡层时, 基层的碳钢与复层奥氏体钢焊接, 由于基层成分对焊缝金属有稀释作用, 使焊缝中奥氏体元素含量降低, 若焊缝中出现马氏体组织, 会影响接头性能, 甚至产生裂纹, 因此过渡层焊材选用至关重要。焊接过渡层时, 为了减少稀释率, 在保证焊透的情况下, 应尽可能采用小规范。

(7) 凡是参与焊接的电焊工, 均需有效的合格上岗证书, 方可上岗操作。焊接复合层的焊工要有相应的堆焊合格项目。

(8) 所用焊接材料均需有效相应的材质认可证书。

(9) 冬季施工时, 气温低, 一定要进行预热。焊接结束时, 要采用保温措施, 防止在很短的时间内温度变化梯度太大, 产生裂纹。

(10) 在基层焊接结束时, 要对焊接接头进行射线检测。基层符合要求后, 再焊接过渡层和复合层。

(11) 当焊接接头返修时, 如果基层缺陷较小, 不需预热及后热, 或缺陷仅仅在复层及过渡层时, 可直接采用不锈钢焊条从复层侧返修, 采用较小的线能量焊接, 认真控制焊接参数, 就可以控制裂纹再次产生。

按照这种焊接工艺焊接, 既提高了焊接速度, 又保证了焊接质量, 在此真诚希望各位专家给予批评指导。

摘要：通过对省安第二分公司大厚度复合钢板压力容器制造的监检, 在省安技术人员的协助下, 针对出现的问题, 通过不断完善改进, 总结出一套切实可行的焊接工艺。不锈钢复合钢板是由不锈钢复层和碳钢 (低合金钢) 基层两种化学成分、力学性能相差很大的金属爆炸复合轧制而成的双金属。由复层保证耐蚀性能, 而强度主要靠基层获得。为保证复合钢板不失去原有的综合性能, 对基层和复合层应分别进行焊接, 而过渡层焊接是复合钢板焊接的主要问题。

关键词：复合钢板,焊接,缺陷