钴铬钨硬质合金大面积堆焊工艺

焊接 经验交流 Practical Essay

2008年第1期

钴铬钨硬质合金大面积堆焊工艺

江西江联能源环保有限公司(南昌市 330001) 李发林 龙本仁

2005年年底,江西江联能源环保有限公司承接了某化工有限公司合成氨工程煤气化装置中的一台渣收集器和一台排渣罐,容器类别二类,设计压力为5.4/F .VM Pa ,工作压力为4.2M Pa ,设计温度为150 ,工作温度90~61 ,物料名称:渣、水(氨气)。根据设计图样要求,这两台设备下部最小的一节锥体内表面均需要堆焊厚度为5mm 的钴铬钨硬质合金堆焊层。因此,确定合理的焊接工艺参数,完成了此部分的堆焊,达到了设备的技术要求。1 焊接方法的选择

锥体堆焊方法有焊条电弧焊、丝极埋弧焊和带极埋弧焊,单丝埋弧焊传入工件的热量比其它电弧堆焊方法都大,因而稀释率高达30%~60%,需要堆焊较多层才能保证耐腐蚀性能和耐磨性能。带极堆焊比单丝埋弧焊熔敷速度快,稀释率低,但是由于堆焊产品的尺寸限制,不能采用带极埋弧焊堆焊,因此选择了焊条电弧焊。产品结构如图1所示。

图1 产品结构示意图

2 焊接材料

堆焊材料分过渡层材料和硬质合金层材料。过渡层材料采用E309M o -16,硬质合金层材料钴铬钨焊条。焊条化学成分见表1。

表1 焊条化学成分(质量分数,%)

牌号规格d /mm

C S i M n P S Cr N i M o W F e Co E309M o-1640.0650.401.540.0130.00923.8012.902.51 余量 钴铬钨

4

1.00

1.00

1.00

29.00

3.00

0.50

4.50

3.00

余量

3 焊接工艺评定

3.1 试板材料及其焊接工艺参数

评定用的试板材料为16M nR 钢,尺寸为300mm

200mm 30mm,焊接工艺参数见表2,施焊之前对试板进行预热,预热温度为100~150 ,道间温度不小

于100 ,焊接完过渡层并且检验合格后,再对试板进行预热,预热温度为400~450 ,道间温度不小于400 。

3.2 焊后检验

焊完过渡层后进行100%渗透探伤检测,检测标准为JB4730.5 2005 级,硬质合金层焊后进行100%

表2 焊接工艺参数

焊层

焊接电流I /A 电弧电压U /V

焊接速度v /(c m m i n -1)

焊接热输入E /(kJ cm -1)

过渡层与硬质合金层

130~140

26~28

15~16

8.32~14.5

渗透探伤,依照标准同上,检测结果均为 级合格。3.3 硬度检测和化学成分分析

收稿日期:2007-07-31

参照JB4708 2000 钢制压力容器焊接工艺评定 ,需要对堆焊试件进行弯曲试验。考虑到钴铬钨焊条的硬度值非常高、脆性大。并且工件的使用性要求主要是

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提高工件表面的耐磨性。所以只进行了硬度检测和化学成分分析,结果符合设计要求。硬度检测结果为:

43HRC 、44HRC 、43HRC 。在焊态表面取样进行化学成分分析,分析结果见表3。

表3 熔敷金属化学成分(质量分数,%)

C S i M n P S Cr N i M o W F e Co 0.96

0.50

0.96

0.001

0.001

30.00

2.4

0.35

3.00

3.60

余量

4 产品焊接4.1 焊前准备

(1)依据 锅炉压力容器管道焊工考试与管理规

则 规定,对焊工进行考试,手工堆焊合格的焊工,方可对产品进行堆焊施工。

(2)锥体待堆焊表面必须进行除油、除锈处理,露出金属光泽后进行100%渗透探伤检测,达到J B4730.5 2005 级,方可进行堆焊。因为钴铬钨焊条在焊接过程中很容易产生裂纹,所以在焊接产品时制定了相应的工艺措施,以保证堆焊顺利进行。4.2 硬质合金层堆焊4.2.1 过渡层堆焊

过渡层堆焊之前需对锥体进行预热,温度为100~150 ,焊接电流为140A,电弧电压为26~28V,焊接速度为15~16c m /m in ,焊接过程中用电加热块保证整体锥体堆焊焊缝的层间温度始终不低于预热温度;采用较小的焊接参数,使用小电流短弧多道焊施焊,降低焊接过程中的热输入量;堆焊时焊条不得摆动,以降低热影响区的范围;始终沿锥体母线方向进行堆焊,相邻焊缝间的搭接量达到焊缝宽度的1/3~1/2;采用退位焊法,以避开相邻焊道间的起弧点与收弧点。过渡层堆焊完毕后进行外观检测,然后对整个锥体进行中间消除应力热处理,中间消除应力热处理后对过渡层进行100%PT 检测,检测标准为J B4730.5 2005 级。4.2.2 钴铬钨硬质合金堆焊

对过渡层进行表面清理,清理干净后方可进行钴铬钨硬质合金堆焊。根据钴铬钨焊条的技术要求,堆焊之前必须对工件进行预热,为了便于控制预热温度,采用电加热块预热加温,同时在锥体加热面设置4处热电偶进行自动控温,以保证堆焊工件整体加热均匀,控制在400~450 范围内,预热到位后堆焊钴铬钨硬质合金层,堆焊钴铬钨硬质合金层的焊接参数与堆焊过渡层一样,焊接完毕之后立即进行消除应力热处理。热处理后对表面层进行100%渗透探伤渗透探伤检测,

检测标准为JB4730.5 2005 级。最后对钴铬钨硬质合金层不同位置进行硬度检测,总共检测了9点,检测结果见表4。

表4 堆焊表面硬度测量值

HRC

检测位置

12345678942

43

43

41

40

42

42

43

42由于堆焊钴铬钨硬质合金层的预热温度较高以及堆焊过程中焊工的劳动强度大,因此,在堆焊钴铬钨硬质合金层之前,制作了一个与工件内壁相近似并开有施焊框口的隔热装置(如图2所示),以防止热量散失

和减少热辐射对焊工的危害。

图2 施焊隔热装置

5 结 论

(1)采用大面积的钴铬钨硬质合金堆焊产品时,达到规定预热温度、严格控制层间温度和焊接技能较好的焊工是堆焊的关键。

(2)焊接过程中应采用较小的焊接参数,小电流短弧多道焊施焊,降低焊接过程中的热输入量;堆焊时焊条不得摆动。

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