姜成軍 羅國良
(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院)
焊接技術(shù)
除氧器復(fù)合鋼板的對接焊接工藝
姜成軍*羅國良
(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院)
分析了用于制造除氧器的不銹鋼復(fù)合板的焊接工藝。對SA516Gr70+SA240TP304不銹鋼復(fù)合板采用新的SAW加FCAW焊接工藝,并將其與原SAW加SMAW焊接工藝進(jìn)行對比。對由這兩種焊接工藝得到的焊接接頭試樣進(jìn)行金相組織和力學(xué)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,新焊接工藝可獲得性能良好的對接接頭,焊接接頭各個截面上微觀組織結(jié)構(gòu)正常,符合國家標(biāo)準(zhǔn)對工藝的規(guī)定。試驗(yàn)結(jié)果對指導(dǎo)復(fù)合板焊接工藝制定和實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。
除氧器 復(fù)合鋼板 焊接 焊接工藝 SA516Gr70 SA240TP304
上海某公司在600MW電站鍋爐除氧器生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用不銹鋼與碳鋼爆炸復(fù)合鋼板,其采用的焊接工藝為SAW加SMAW焊接工藝。即先用手工電弧焊在基層根部進(jìn)行打底焊,然后用埋弧自動焊焊基材全部;基材焊畢,進(jìn)行X光射線檢驗(yàn);檢驗(yàn)合格后,再以手工電弧焊焊接過渡層和復(fù)層[1]?,F(xiàn)需對產(chǎn)品制造過程中的對接焊接工藝作一改變,采用的焊接工藝為SAW加FCAW焊接工藝。即用埋弧自動焊焊基材全部;基材焊畢,進(jìn)行X光射線檢驗(yàn);檢驗(yàn)合格后,以氣保護(hù)藥芯焊絲電弧焊焊接過渡層和復(fù)層。因此,需驗(yàn)證新焊接工藝試驗(yàn)項(xiàng)目符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,并與原焊接工藝的試驗(yàn)性能進(jìn)行對比。
本試驗(yàn)用母材為爆炸復(fù)合板,其不銹鋼復(fù)板是SA240TP304,厚度為3.5mm;基板是SA516Gr70,厚度為35mm?,F(xiàn)將2塊同一爐批號的試驗(yàn)鋼板,分別采用SAW+SMAW和SAW+FCAW兩種焊接工藝進(jìn)行焊接,并對其金相組織、力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)比較。焊接試驗(yàn)用復(fù)合鋼板見圖1。
圖1焊接試驗(yàn)用2塊復(fù)合鋼板
2.1坡口形式
不銹鋼復(fù)合板焊接坡口形式,主要根據(jù)接頭的位置、復(fù)合板材料的厚度、復(fù)層焊縫的化學(xué)成分要求和抗腐蝕性能要求來確定。在焊接區(qū)的復(fù)合層與基層結(jié)合處,將基材加工掉1~2mm,采用過渡層焊材填充,以降低基材焊縫及母材的稀釋對復(fù)層焊縫化學(xué)成分的影響,確保復(fù)層焊縫的合金元素含量,使其接頭的抗腐蝕性滿足設(shè)計要求[2]。本次焊接試驗(yàn)所采用的試樣組對時,雙面坡口按照GB/T13148—2008《不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》的規(guī)定加工,見圖2。其中:h=(35+3.5)mm, p=0~3 mm, a1=60°, a2=70°, b=6mm, l=8mm。
圖2 焊接試驗(yàn)試樣的坡口
2.2復(fù)合板化學(xué)成分與力學(xué)性能
試驗(yàn)采用SA516Gr70+SA240TP304鋼板,其材料化學(xué)成分見表1,鋼板力學(xué)性能見表2。
2.3 焊接材料選用
由于不銹鋼復(fù)合板焊接的特殊性,要采用兩種不同的焊接材料來焊接同一條焊縫,以保證焊縫質(zhì)量?;鶎优c基層的焊接,采用與基層材質(zhì)相應(yīng)的碳素鋼和低合金鋼焊接材料,焊接方法采用埋弧自動焊;復(fù)層與復(fù)層的焊接,采用與復(fù)層材質(zhì)相應(yīng)的焊條;基層與復(fù)層交界處即過渡層的焊接,采用鉻、鎳含量高的焊條,具體見表3。
2.4焊接工藝參數(shù)
復(fù)合板焊接順序是:首先焊基層,然后焊過渡層,最后焊復(fù)層。兩種焊接工藝的工藝參數(shù)對照如表4所示。不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接常采用小直徑、小電流、多層多道焊、不擺動、快速焊工藝,以減少基層金屬的熔入量,減少焊縫金屬的稀釋與滲透[3]。
表1 SA516Gr70+SA240TP304鋼板化學(xué)成分 (%)
表2 SA516Gr70+SA240TP304鋼板力學(xué)性能
復(fù)層主要是保證抗蝕性能。焊接時應(yīng)嚴(yán)格控制焊接規(guī)范,防止過熱,并對層間溫度進(jìn)行控制,盡可能縮短焊接接頭的高溫停留時間,以保證焊縫的抗蝕性能。
對2個復(fù)合板焊接試樣分別采用表4焊接工藝進(jìn)行焊接,其中1#復(fù)合板焊接試樣是采用基層(SAW+SMAW)+過渡層 (SMAW)+復(fù)層(SMAW)的焊接工藝焊接,2#復(fù)合板焊接試樣是采用基層 (SAW)+過渡層 (FCAW)+復(fù)層(FCAW)的焊接工藝焊接。對這2個復(fù)合板焊接試樣按照GB/T 13148—2008《不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》的規(guī)定進(jìn)行以下對比試驗(yàn)。
表3 復(fù)合板焊接所用試驗(yàn)焊材化學(xué)成分和機(jī)械性能
表4 SAW+SMAW和SAW+FCAW焊接工藝參數(shù)
3.1 焊接接頭性能試驗(yàn)
在本試驗(yàn)條件下,焊接接頭的性能試驗(yàn)結(jié)果見表5,試樣復(fù)層焊縫的化學(xué)成分見表6。由表5和表6可見,2#試樣抗拉強(qiáng)度Rm大于基層材料SA516Gr70的強(qiáng)度下限值485 MPa(ASME第Ⅱ卷規(guī)定值,2007版),符合GB/T 13148—2008《不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》的相關(guān)要求,其性能和化學(xué)成分與1#試樣基本一致。
表5 焊接接頭的性能試驗(yàn)
表6 試樣復(fù)層焊縫的化學(xué)成分
3.2 金相檢驗(yàn)
焊接過程如何,直接影響到焊縫金屬和熱影響區(qū)的宏觀形貌、顯微組織、焊接缺陷及焊接接頭的性能。焊接接頭的金相檢驗(yàn)?zāi)軌蚍治龀龊缚p各區(qū)的組織和焊接缺陷。 從圖3中1#與2#試樣的宏觀形貌圖和金相圖可以看出:宏觀上試樣中無裂紋、未焊透、未熔合等明顯缺陷;微觀上試樣中無顯微裂紋等明顯缺陷。
3.3 晶間腐蝕試驗(yàn)
圖3 1#與2#焊接試樣的宏觀形貌和金相組織
由于復(fù)層不銹鋼焊縫要接觸腐蝕性介質(zhì),為了評定復(fù)層不銹鋼的耐蝕性能,需要對焊接接頭進(jìn)行晶間腐蝕檢查[4]。
將1#與2#不銹鋼復(fù)合鋼板焊接接頭試樣的基層鋼板刨去,保留復(fù)層焊接接頭試樣。經(jīng)打磨拋光后,試樣浸入硫酸銅溶液進(jìn)行腐蝕,采用GB/T 4334.5—2000標(biāo)準(zhǔn)中的方法對復(fù)合板復(fù)層焊縫進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。試樣分敏化和不敏化兩種狀態(tài)。其中一組敏化狀態(tài)溫度為650℃,敏化2 h。表7所示的試驗(yàn)結(jié)果表明,2#試樣也能通過晶間腐蝕檢驗(yàn)。
表7 試樣晶間腐蝕試驗(yàn)
3.4 鐵素體含量測定
對堆焊層的鐵素體含量進(jìn)行了測定,2#試樣最大含量值為7.2%,最小值為6.2%,符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鐵素體含量控制在4%~10%的要求。具體數(shù)據(jù)詳見表8。
表8 試樣鐵素體含量
除氧器采用SA516Gr70+SA240TP304不銹鋼復(fù)合鋼板制造。在制造過程中對接焊焊接工藝發(fā)生了改變,原采用SAW+SMAW焊接工藝,現(xiàn)新采用SAW+FCAW焊接工藝。對2種焊接工藝得到的焊接接頭進(jìn)行了系統(tǒng)的對比試驗(yàn),并采用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)和金相試驗(yàn)等手段,對焊接接頭組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明,采用新的SAW+FCAW焊接工藝焊接的接頭性能良好,復(fù)層微觀組織結(jié)構(gòu)正常,在除氧器不銹鋼復(fù)合鋼板制造過程中可以采用這種焊接工藝。
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TG 142.41
2010-11-26)
*姜成軍,男,1984年1月生,助理工程師。上海市,200062。