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        碳鋼壓力容器MAG焊工藝研究

        2020-12-29 11:17:25李翠玲劉遠(yuǎn)彬鐘標(biāo)全高磊
        科學(xué)大眾 2020年7期
        關(guān)鍵詞:碳鋼壓力容器

        李翠玲 劉遠(yuǎn)彬 鐘標(biāo)全 高磊

        摘 要:文章針對東方電氣(廣州)重型機(jī)器有限公司承接的產(chǎn)品焊接量大、焊條電弧焊焊接效率低的背景,開發(fā)高效的MAG焊,按照NB/T 47014及產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn),使該司掌握MAG焊的焊接工藝技術(shù),并成功應(yīng)用于產(chǎn)品承壓焊縫的制造,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),不僅降低了勞動強(qiáng)度,同時(shí)極大地提高了生產(chǎn)效率,創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

        關(guān)鍵詞:碳鋼;壓力容器;焊接工藝汽水分離再熱器

        汽水分離再熱器(Moisture Separator Reheater,MSR)是東方電氣(廣州)重型機(jī)器有限公司承接的核電站常規(guī)島的關(guān)鍵設(shè)備之一,該設(shè)備為Ⅱ類壓力容器,產(chǎn)品按TSG-21《固定式壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程》受質(zhì)監(jiān)局監(jiān)管。在該容器的制造過程中,焊接是一個(gè)重要加工工藝,占產(chǎn)品制造工時(shí)成本的主要部分,為保證焊縫質(zhì)量,MSR目前除縱環(huán)縫填充焊使用埋弧焊以外,剩余承壓焊縫及與承壓件相焊的焊縫全部使用傳統(tǒng)的手工焊條電弧焊,單臺MSR使用手工焊條的用量大約為5 t,焊接量大,手工電弧焊焊接效率低,同時(shí)焊工工作條件差。

        MAG是熔化極活性氣體保護(hù)焊(Gas Metal Arc Welding,GMAW)工藝的一種,該方法與該司現(xiàn)有的焊條電弧焊(Shielded Metal Arc Welding,SMAW)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)。

        (1)生產(chǎn)效率高和節(jié)省能量。由于焊接電流密度較大,電弧能量集中,母材的熔透深度大,焊接速度快,同時(shí),焊后不需要清渣,是一種高效節(jié)能的焊接方法,生產(chǎn)效率可比焊條電弧焊提高3倍以上。

        (2)焊接成本低。焊前不需要烘焙焊材,對于焊前的生產(chǎn)準(zhǔn)備要求不高,焊后清理和校正工時(shí)少,同時(shí),避免了焊條電弧焊中頻繁更換焊條的缺點(diǎn)。

        (3)焊接變形小。該方法電弧熱量集中,熱輸入低和CO2氣體具有較強(qiáng)的冷卻作用,使焊接工件受熱面積小,變形小。

        (4)對油和銹的敏感性很低,具有良好的抗銹蝕能力。

        (5)適應(yīng)性廣,可用于立焊、仰焊和全位置焊接。

        (6)明弧操作。電弧可見性好,有利于觀察,使焊絲對準(zhǔn)焊縫位置。尤其是在半自動焊時(shí),可以較容易地實(shí)現(xiàn)短焊縫和曲線焊縫的焊接工作,操作簡單,容易掌握。

        綜上所述,MAG焊工藝是優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的焊接方法,在鍋爐、壓力容器行業(yè)大力推廣應(yīng)用,會獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益,非常值得在該司開發(fā)及推廣應(yīng)用。

        文章即針對MAG焊工藝,按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014要求,結(jié)合該司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)補(bǔ)充技術(shù)要求,開展工藝試驗(yàn)以及工藝評定,對MAG焊應(yīng)用于MSR承壓部件焊接的可行性進(jìn)行驗(yàn)證和分析。

        1? ? 試驗(yàn)方案

        文章選取公司常用的3個(gè)廠家的焊接材料,對厚度為16 mm的母材試板分別進(jìn)行焊態(tài)+熱處理狀態(tài)的焊接試驗(yàn)(共6組試驗(yàn)),并選取其中一個(gè)廠家,對焊材針厚度為40 mm的母材試板進(jìn)行焊態(tài)的焊接試驗(yàn)(共1組試驗(yàn))。7塊試板均選取熱輸入最大、焊接操作最難的立焊位置進(jìn)行焊接。

        7組試驗(yàn)的焊接接頭均按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T47014—2011的要求及產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求,考察外觀、焊縫質(zhì)量以及化學(xué)、金相、力學(xué)性能、彎曲性能。

        具體試驗(yàn)方案如下。

        1.1? 試驗(yàn)用原材料及焊材

        母材:牌號Q345R,滿足GB 713標(biāo)準(zhǔn)。

        焊材:型號ER50-6,滿足NB/T 47018—2017標(biāo)準(zhǔn)。

        1.2? 焊接接頭型式

        7塊試板均采用對接接頭,其中薄板16 mm為單面坡口,厚板40 mm為雙面坡口,均采用反面清根,實(shí)現(xiàn)全焊透結(jié)構(gòu)。

        1.3? 焊接及熱處理參數(shù)

        保護(hù)氣體:80%Ar+20%CO2。

        焊接位置:3 G。

        焊材規(guī)格:Φ1.2。

        焊接參數(shù):電流160~200 A,電壓25~28 V,速度5~15 cm/min。

        預(yù)熱溫度:室溫。

        道間溫度:≤260 ℃。

        熱處理參數(shù):(615±15)℃/10~10.5 h。

        2? ? 結(jié)果分析

        2.1? 焊材工藝性分析

        3個(gè)廠家焊材在立焊位置下焊接時(shí),焊道表面均成型良好,焊道與母材之間平滑過渡,無咬邊現(xiàn)象,焊接過程中坡口上有少量飛濺產(chǎn)生,不需要打磨去除,焊接工藝性能良好。

        2.2? 焊接接頭外觀檢驗(yàn)

        對所有試板的焊接接頭表面進(jìn)行目視尺寸檢查,發(fā)現(xiàn)焊縫表面平整、焊道間及焊道與母材之間熔合良好、平滑過渡,無咬邊、無氣孔等缺陷,外觀檢查結(jié)果滿足要求。

        2.3? 焊接接頭無損探傷

        對所有試板的的焊接接頭按NB/T 47013.4的要求進(jìn)行MT檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果均為Ⅰ級合格;并按NB/T 47013.2要求進(jìn)行RT檢測,照相不低于AB級,檢驗(yàn)結(jié)果均為Ⅰ級合格,無超標(biāo)缺陷產(chǎn)生。

        2.4? 化學(xué)分析

        對3塊焊態(tài)試板的焊縫化學(xué)成分進(jìn)行了檢測,均滿足要求。

        2.5? 金相試驗(yàn)

        對7塊試板焊接接頭橫截面均進(jìn)行焊縫及熔合線兩側(cè)的宏觀金相檢驗(yàn),圖1為16 mm厚焊接試板的宏觀金相照片,可明顯觀察到焊道排布以及母材、熱影響區(qū)、焊縫的分界。宏觀檢驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)任何形式的裂紋、夾渣、氣孔、未熔合、夾渣等缺陷。

        在宏觀試樣上,選擇熔合線及其附近兩側(cè)區(qū)域進(jìn)行200倍的微觀金相檢驗(yàn),如圖2所示,未發(fā)現(xiàn)任何缺陷及異常組織。

        2.6? ?室溫+高溫拉伸試驗(yàn)

        按標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014—2011對7塊試板的焊接接頭均進(jìn)行橫向室溫拉伸試驗(yàn),并按產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求對焊接接頭進(jìn)行380 ℃的高溫拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如下:

        (1)所有拉伸試驗(yàn)均斷裂于母材,并且為塑性斷裂。

        (2)焊態(tài)試板室溫抗拉強(qiáng)度為525~560 MPa,380 ℃高溫抗拉強(qiáng)度為492~542 MPa,380 ℃高溫屈服強(qiáng)度為263~335 MPa,均滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)制造規(guī)范的要求。

        (3)熱處理態(tài)試板室溫抗拉強(qiáng)度為492~559 MPa,380 ℃高溫抗拉強(qiáng)度為412~489 MPa,380 ℃高溫屈服強(qiáng)度為191~228 MPa,均滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)制造規(guī)范的要求。

        2.7? 沖擊試驗(yàn)

        按標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014—2011要求,對7塊試板的焊縫、熱影響區(qū)均進(jìn)行﹣20 ℃的沖擊試驗(yàn),結(jié)果如下。

        焊態(tài)下﹣20 ℃的沖擊功為60~186 J,熱處理態(tài)下﹣20 ℃的沖擊功為79~219 J,均滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)制造規(guī)范的要求。

        2.8? 彎曲試驗(yàn)

        按標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014—2011要求,對7塊試板的焊接接頭均進(jìn)行橫向彎曲試驗(yàn),所有試驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        3? ? 結(jié)語

        經(jīng)過對3個(gè)廠家的焊材ER50-6使用MAG焊工藝按標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品技術(shù)要求開展焊接工藝試驗(yàn),結(jié)論表明:該方法焊接工藝性能良好,焊接效率高。3個(gè)廠家焊材所熔覆的焊接接頭外觀檢查及無損探傷(MT+RT),均一次性合格,不同厚度焊接接頭的破壞性試驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)制造規(guī)范的要求。

        MAG焊工藝完全滿足該司產(chǎn)品對重要承壓焊縫的質(zhì)量要求,可在該司A、B類承壓焊縫以及與承壓件相焊的E類焊縫上實(shí)施應(yīng)用,由于MAG焊比傳統(tǒng)的焊條電弧焊效率高出3倍以上,因此,該方法的應(yīng)用將在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),極大地提高產(chǎn)品焊接效率,為該司產(chǎn)品的制造創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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