鐘春雷 韓志龍 傅 強(qiáng)

（大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院,遼寧 大連 116013）

Q345R材質(zhì)鍋筒埋弧焊焊接工藝參數(shù)優(yōu)化

鐘春雷 韓志龍 傅 強(qiáng)

（大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院,遼寧 大連 116013）

對(duì)Q 345R材質(zhì)制造的鍋筒焊接試板進(jìn)行試驗(yàn)，研究了不同埋弧焊焊接工藝參數(shù)對(duì)力學(xué)性能的影響。正交試驗(yàn)得到的優(yōu)佳焊接工藝參數(shù)完全達(dá)到了鍋筒制造相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

埋弧焊；力學(xué)性能；工藝參數(shù)；正交分析

埋弧焊以其焊接效率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鍋爐制造行業(yè)。以鍋爐制造企業(yè)中Q345R材質(zhì)制造的鍋筒筒節(jié)為焊接研究對(duì)象，采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行施焊，利用正交試驗(yàn)對(duì)不同焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，找到優(yōu)佳的焊接工藝參數(shù)。

一、焊前準(zhǔn)備

試驗(yàn)材料為Q345R，焊接試板規(guī)格為300mm×250mm×8mm，其化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能見表2所示，埋弧自動(dòng)焊選用的焊絲牌號(hào)為H08MnGX，焊絲直徑4.0mm，與焊絲相配合的焊劑牌號(hào)為HJ431，焊件坡口為Ι形坡口，根部間隙為0~1mm。焊接前應(yīng)清除坡口及母材兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的氧化物、油污、鐵銹等。根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，承壓設(shè)備中某型號(hào)集油器的筒節(jié)縱縫屬于A類焊接接頭，允許在筒節(jié)A類縱向接頭焊縫的延長(zhǎng)部位增加產(chǎn)品焊接試板。

表1 Q345R鋼的化學(xué)成分 wt%

表2 Q345R鋼的力學(xué)性能

二、正交試驗(yàn)

1.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了獲得優(yōu)佳的埋弧焊工藝參數(shù)，采用正交優(yōu)化試驗(yàn)對(duì)工藝參數(shù)行優(yōu)化，試驗(yàn)指標(biāo)為：抗拉強(qiáng)度（MPa）、焊縫沖擊吸收功（J）和彎曲試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)指標(biāo)值越高越好。影響試驗(yàn)指標(biāo)的因素及水平如表3所示，是三因素三水平三指標(biāo)的正交試驗(yàn)，選取L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)。表4為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將表中每一列數(shù)字1、2、3看成是該列因素應(yīng)取的水平，則每一行就是每次試驗(yàn)的因素條件，共進(jìn)行9次試驗(yàn)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)，它是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

表3 埋弧焊正交因素水平表

2.正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

按照正交表中的工藝參數(shù)組合進(jìn)行埋弧焊焊接試驗(yàn)，接頭力學(xué)性能見表5，正交分析結(jié)果見表6。

從表6中可以看出：在抗拉強(qiáng)度指標(biāo)中，極差D的大小，反映了正交試驗(yàn)中各個(gè)因素作用的大小，極差大說明該因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響最大，為主要影響因素；極差小說明該因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響小。在抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)指標(biāo)中極差值D由大到小的排列順序是9.0>2.6>1.7，因此，在本次焊接參數(shù)下，因素B(焊接電流)為主要影響因素、因素A(焊接速度)其次、因素C(焊接電壓)影響最小。再?gòu)谋?中選取各列Ⅰ/3、Ⅱ/3、Ⅲ/3的最大值所對(duì)應(yīng)的水平值就是優(yōu)佳的搭配方案，則第一列最大值588.3對(duì)應(yīng)于A2，第二列最大值592.3對(duì)應(yīng)于B2，第三列最大值588.0對(duì)應(yīng)于C2，即優(yōu)佳搭配為A2、B2、C2。查表得出對(duì)應(yīng)的焊接工藝參數(shù)為：焊接電流680A、焊接速度420mm/ min、焊接電壓33V。

表4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表5 埋弧焊焊接接頭力學(xué)性能結(jié)果

表6 正交分析結(jié)果

同理在焊接接頭沖擊吸收功中，極差值D從大到小的排列順序是6.7>1.7>1.3，分析結(jié)果與抗拉強(qiáng)度指標(biāo)一致。從表6中得出對(duì)應(yīng)的優(yōu)佳工藝參數(shù)為：焊接速度420mm/min、焊接電流680A、焊接電壓33V，這與抗拉強(qiáng)度指標(biāo)分析相符。

綜合分析可知，因素B（焊接電流）是主要影響因素，對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響最大，因素A（焊接速度）的水平變化對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響居第二位，因素C（焊接電壓）水平變化對(duì)試驗(yàn)性能指標(biāo)的影響最小。經(jīng)上述分析確定Q345R鋼制集油器埋弧焊優(yōu)佳的焊接工藝參數(shù)為：焊接電流680A、焊接速度420mm/ min、焊接電壓33V。按照這個(gè)方案進(jìn)行焊接試驗(yàn)，對(duì)焊接試板進(jìn)行100% R T射線檢測(cè)，依據(jù)壓力容器無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)級(jí)，焊縫質(zhì)量等級(jí)達(dá)到國(guó)家Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。彎曲結(jié)果未發(fā)現(xiàn)裂紋，拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明在此焊接工藝下接頭力學(xué)性能優(yōu)良，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到603MPa，焊縫沖擊吸收功為47J，比正交試驗(yàn)的9組試驗(yàn)數(shù)據(jù)都要高。

三、結(jié)語(yǔ)

（1）在本次焊接參數(shù)范圍內(nèi)，焊接電流對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響最大，在焊接過程中應(yīng)予以重視。（2）Q345R材質(zhì)鍋筒埋弧焊優(yōu)佳工藝方案為：焊接電流680A、焊接速度420mm/min、焊接電壓33V。（3）在優(yōu)化焊接工藝參數(shù)下，試板經(jīng)100%R T射線檢測(cè)，焊縫質(zhì)量等級(jí)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，焊接接頭各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到承壓設(shè)備相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

注：項(xiàng)目資助遼寧省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013614）

[1]TSGG0001-2012,鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程．

[2]GB150-2011,鋼制壓力容器[S]．

[3]曾金傳主編.焊接質(zhì)量管理與檢驗(yàn)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.45-76

[4]欒軍.試驗(yàn)設(shè)計(jì)的技術(shù)與方法[M]．上海：上海交通大學(xué)出版社，1986：33-34．

[5]JB/T4730-2005,承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)．

[6]劉云龍.焊工技師手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：5-33.

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1671-0711（2015）10-0065-03

2015-08-27）