20MnMo锻件管板带极堆焊304L的焊接试验

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量的影 响, 有 效防 止产 生焊 接裂 纹和气 孔。参 照 JB /T4709-20005钢制 压 力容 器 焊接 规 程 6推荐 的 20M nM o锻件预热温度[ 3] , 选用预热温度为 150 e ~ 200 e 。加热采用履带式电加热器加热, 远红外测
温仪测定加热至要求温度时, 立即开始堆焊, 焊后用 2层 50 mm 厚硅酸岩岩棉覆盖缓冷。 3. 4. 1. 2 焊接
第 29卷第 2期 2009年 4月
专题讨论
山西化工 SHANX I CH EM ICAL INDU STRY
V o.l 29 N o. 2 A pr. 2009
20M nM o锻件管板带极堆焊 304L的焊接试验
周印梅, 李梅静, 杨文明
(山西丰喜化工设备有限公司, 山西 永济 044500)
摘要: 通过对 20M nM o锻件管板带 极堆焊 304L 的焊接试验及 生产应用的研究, 得出带极堆 焊时合 理选择过渡层焊接材料及堆焊各层的工艺规范参数是减小堆焊 层合金元 素稀释率、控制铁 素体含 量及保证堆焊质量的关键。 关键词: 管板带极堆焊; 过渡层; 稀释率; 焊接
过渡层 面层
焊条 焊条规格 焊接电 焊接电 类型 (直径 ) /mm 流 /A 压 /V
A 062
4 140~ 160 22~ 24
A 002
4 140~ 160 22~ 24
焊接速度 /cm# m in- 1
15~ 17 15~ 17
3. 4. 1. 5 铁素体含量测定 在过渡层表面往下不超过 2 mm 处用铁素体测
0. 5~ 2. 5 1. 96
3. 2. 3 焊剂的选择
焊剂对堆 焊过程的物理化学性能有较大的影
响, 堆焊金属的化学成分很大程度上取决于焊剂的 性质, 故应选用具有以下特点的烧结焊剂 SJ303:
1) 堆焊过程稳定, 焊道与焊道之间及焊道与母
材之间熔合良好, 脱渣容易, 焊道表面成形良好; 2) 焊剂中加入适量的铁合金和其他必要的合
其焊接试验过程。
1 堆焊技术要求 [ 1, 2]
管板, 在兼顾经济性和满足使用要求的情况下, 越来
1) 在材质为 20M nM o锻件 (其化学成分和力学
越多地采用低合金管板作为基层, 并在其与腐蚀介 性能见表 1和表 2) 管板表面堆焊 6 mm 厚的 304L
质接触和迎介质冲刷的一面堆焊一层或多层耐蚀、 奥氏体不锈钢 ( 不包括加工余量 )。
3. 2. 2 堆焊用焊接材料的选择
2) 将堆焊表面的铁锈、氧化皮、油污和杂质清
根据堆焊层要求的化学成分和过渡层焊接材料
理干净。
的要求, 选择带极堆焊焊带为: 过渡层选用 ER309L
3) 焊剂 SJ303在焊前烘干, 烘干温度 300 e ~ 焊带, 复层选用 ER308L 焊带。其 标准值和复验的
过量的 D-铁素体在一定条件下会转化成 R 相, 造成脆化。为使堆焊过渡层具有良好的抗裂性和塑
# 44#
山西化工
2009年 4月
韧性, 以保证面层具有良好的耐蚀性, 要求铁素体的 3. 2 堆焊用焊接材料
质量分数控制在 w ( F e) = 5% ~ 12% 。所以, 在选择 3. 2. 1 过渡层焊接材料的选择
按 JB4708-20005钢制压力容器焊接工艺评定 6 加工试样并进行以下检验 [ 4] 。 3. 4. 4. 1 渗透检测
堆焊表面按 JB /T 4730. 5-20055承压设 备无损 检测 6进行, 表面无裂纹, Ñ级合格。 3. 4. 4. 2 弯曲试验
为测定基层和堆焊层熔合的力学性能, 在渗透 检测合格的试件上切取 4个侧弯试样 ( 在平行和垂 直焊接方向各切取 2 个 ) , 按 GB /T232要求以 180b 弯曲角度进行试验。在试样拉伸面上的基层和堆焊 层及熔合线上均未发现裂纹或缺陷。 3. 4. 4. 3 化学成分测定
过渡层 ( 1 ) ER 309L SJ303 60 @ 0. 5 700~ 800 25~ 29 15 ~ 16
面层 ( 2、3) ER 308L SJ303 60 @ 0. 5 700~ 800 25~ 29 16 ~ 20
3. 4 堆焊过程及无损检测 3. 4. 1 过渡层堆焊
3. 4. 1. 1 焊前预热 为了改善材料的焊接性能, 克服温度对焊接质
焊接规范相匹配的焊接速度, 也是保证熔深和较高
堆焊效率所必需的因素。综合考虑以上诸多因素, 并 经 多 次 试 验, 确 定 用 于 堆 焊 的 工 艺 参 数 如
表 5所示。
S
[ 0. 03 0. 012 [ 0. 03 0. 011
P
Ni
Cr
Mo
[ 0. 03 9. 0~ 12. 0 21. 0~ 23. 0 [ 0. 50
中图分类号: TG 441 文献标识码: A 文章编号: 1004-7050( 2009) 02-0043-04
引言
量稳定等特点, 被广泛应用于 换热器管板的堆 焊。 本文通过 20M nM o锻件管板堆焊 304L 的实例, 介绍
管壳式换热器的设计中, 对于工况条件苛刻、耐 腐蚀性能要求较高、介质流速快、冲刷明显的换热器
T 4730. 5-2005中 Ñ级合格。如存在未熔合、气孔等 缺陷, 返修要求同过渡层。 3. 4. 3 堆焊操作中的要求
1) 每层堆焊前应清理焊道熔渣, 并用砂轮将堆 焊焊道边缘磨成平滑过渡;
2) 面层堆焊时应尽可能两层一次完成, 堆焊后 应将起、收弧处造成的形状不连续部分以及气孔、夹 渣等缺陷清理掉, 采用手 工电弧焊修补 ( 工艺规范 参数见表 6) 。 3. 4. 4 堆焊试件和试样的检验
350 e , 保温 2 h。
实测值见表 4。
表 4 焊带的牌号及化学成分 (质量分数 )
%
焊带牌号
C
Si
Mn
ER 309L ER 308L
标准 值 实测 值 标准 值 实测 值
[ 0. 03 0. 017 [ 0. 03 0. 015
[ 1. 00 0. 35
[ 1. 00 0. 35
0. 5~ 2. 5 1. 72
耐冲刷合金。埋弧带极堆焊具有熔敷率高, 合金元
2) 堆焊层 表面 2 mm 范围内 熔敷金属的化学
素稀释率低, 堆焊层表面光滑、平整、美观, 堆焊层质 成分符合表 3要求。
表 1 20M nM o锻件化学成分
化学元素
C
Si
Mn
Mo
Cr
S
P
Ni
Cu
质量分数 /% 0. 17~ 0. 23 0. 17~ 0. 37 1. 1~ 1. 4 0. 2~ 0. 35 [ 0. 3 0. 015 0. 025
30 mm )符合 JB4726-20005压力容器用碳素钢和低 选用一层铬镍含量较高的材料, 以使堆焊结合面的
合金钢锻件 6的要求。初加工后, 待堆 焊面按 JB / 马氏体减到最少限度, 并有效地遏制碳向堆焊层的
T4730. 4-20055承压设备无损检测 6进行 100% 磁粉 扩散。
检测, Ñ级合格, 不允许有任何表面超标缺陷。
图 1 热处理工艺曲线图
3. 4. 2 面层堆焊 1) 清除干净待堆焊面的各类残留物及油污等; 2) 用选定的 ER308L 焊带, 至少分 2层堆焊至所
要求的厚度 5 mm ~ 6 mm (该厚度能保证各项检验及
最后加工至 3 mm ), 并控制层间温度 [ 150 e ; 3) 堆 焊 面 进 行 100% 渗 透 检 测, 符 合 JB /
堆焊用焊接材料及焊接参数时, 既要保证适当的熔
在低合金钢基层上堆焊高合金钢时, 熔合区会
深, 又要严格控制熔敷金属中的铁素体含量。堆焊 形成硬度很高的马氏体层, 从而导致结合面塑性下
时, 除熔深外, 还应特 别注意相邻焊 道之间的搭接 降, 在冲击载荷作用下堆焊层易出现剥离现象; 堆焊
量, 一般控制在 8 mm ~ 10 mm。
收稿日期: 2009-01-06 作者简介: 周印梅, 女, 1969年出生, 1992 年毕业于太原理工 大学, 学 士学位, 工程师, 主要从事压力容器焊接技术工作。
2 堆焊中的稀释率和铁素体含量控制
2. 1 堆焊层合金元素的稀释率 堆焊层的化学成分和金相组织在很大程度上取
决于基层对堆焊层合金元素稀释率的大小、堆焊层 厚度及熔深的大小。高的稀释率不仅会降低堆焊层 的耐腐蚀性能, 而且会导致堆焊层材料消耗量的增 加, 提高成本, 故要求基层对堆焊层稀释率尽量低, 并需要通过试验来选择合理的工艺规范参数。 2. 2 铁素体含量的控制
在清除焊态 表层 后的加 工表面 ( 加 工切削 掉 2 mm ) 选择 3处, 用光谱仪分别进行化学成分测定 ( 如表 7, 其化学成分完全符合表 3的要求 )。与面 层焊带 ER308L 相比较表明, 1) 合金元素 N i的稀 释率为 5. 57% ; 2) 由于过渡层中合金元素 Cr的含 量较高, 面层 C r的含量实测值略高于焊带实测值。 证明通过过渡堆焊层, 其堆焊面层的合金元素稀释 率仍在标准规定的范围内。
陷按以下要求进行返修: 1) 缺陷清除一般采用碳弧气刨加砂轮打磨的
方法; 2) 堆焊局部返修采用手工电弧焊 ( 工艺规范参
数如表 6) 方法; 3) 返修堆焊层厚度应不小于最小堆焊厚度
5 mm (至少 2层 )。返修完成后, 重新进行无损检测 和检查。
表 6 带极堆焊缺陷返修手工焊工艺规范 参数
焊接层
金元素, 可使硅、锰脱氧, 并使堆焊金属达到要求的
化学组成。
3. 3 带极堆焊工艺规范参数的选择
焊接电流和电弧电压是影响堆焊层质量和成形
的重要因素。电流过小或电弧电压过低, 会使焊道 过窄、边缘不均匀、电弧燃烧不稳定; 电流过大或电
弧电压过高, 则会造成熔深过大, 堆焊层合金元素稀 释率高, 焊道形状不规则、咬边等。另外, 适宜的与
量仪测定铁素体含量, 整个堆焊表面均分成 6 个区 域, 每个区域测定一个点, 铁素体质量分数控制值为 w ( Fe) [ 12% , 实测铁素体质量分数为 9% 。 3. 4. 1. 6 热处理
过渡层堆焊完成后进行消除应力热处理, 其规 范参数按 JB /T 4709-20005钢制压力容器焊接规程 6 进行选取, 热处理工艺曲线见图 1。
0. 03
0. 25
表 2 20M nM o锻件力学 性能
项目 R b /M Pa R s /M Pa D5 /% 冲击功 ( Ak) /J 硬度 ( HB)
数值 530~ 700 370 18
31
156~ 208
表 3 熔敷金属的化学成分
化学元素 C S i M n S
P
Cr
Ni
质量 分数 /% [ 0. 03 [ 0. 90 [ 2. 0 [ 0. 03 [ 0. 035 18. 0~ 21. 0 9. 0~ 11. 0
首先用选定的 ER309L 焊带堆焊过渡层 3 mm ~ 4 mm ( 该厚度是能保证各项检测和图样要求的基本 厚度 ) , 并注意控制和保证各焊道之间的搭接量。
2009年 4月
周印梅等, 20M nM o锻件管板带极堆焊 304L 的焊接试验
Hale Waihona Puke Baidu
# 45#
3. 4. 1. 3 无损检测 堆焊后, 修整堆焊面并按以下顺序检测: 1) 堆焊 表面 进 行 100% 渗透 检 测, 符合 JB /
部件在高温下工作时, 熔合区低合金钢侧的碳会逐
步向高合金堆焊层扩散, 从而使堆焊层的高温持久
3 埋弧带极堆焊工艺试验
强度和耐腐蚀性下降。
堆焊层金属和母材的线膨胀系数差别较大, 会
3. 1 堆焊试验前的准备
使堆焊部件在焊后热处理或高温运行中产生很大的
1) 20M nM o 锻 件 ( 所 选 用 的 试 板 厚 度 D= 热应力, 并有可能导致裂纹的出现。因此, 过渡层应
0. 02 [ 0. 03
10. 54
21. 6
0. 05
9. 0~ 12. 0 18. 0~ 21. 0 [ 0. 50
0. 018
10. 41
19. 72
0. 02
表 5 带极堆焊工艺规范参 数
焊接层
焊带
焊剂 焊带尺 焊接电 寸 /mm 流 /A
焊接电 焊接速度 压 /V / cm# m in- 1
T4730. 5-2005中 Ñ 级合格; 2) 过 渡层与 基层结 合面 按 JB /T 4730. 3-2005
进行超声波检测, 不允许存在大于 25 mm 直径的未 熔合部位;
3) 表面宏观检查, 要求无夹渣、气孔和裂纹, 堆 焊层厚度均匀。
3. 4. 1. 4 堆焊缺陷的返修 堆焊完成后, 经无损检测、检查所发现的超标缺
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