浅析16Mn II厚钢板低温焊接施工工艺

浅析16Mn II厚钢板低温焊接施工工艺
摘要:通过阐述16MnⅡ厚钢板焊接工艺原理及特点,16MnⅡ厚钢板焊接工艺流程及操作要点,将此技术应用于真空-压力浸漆罐等容器制作,保证了焊接质量,提高了工效。

关键词:16MnⅡ厚钢板钢结构焊接工艺
目前16MnⅡ材质因其具有较高的韧性、塑性、强度、可焊性等优良力学和机械性能被广泛应用于压力容器制造中,由于其晶间组织紧密,各项机械性能高于普通16MnR钢板,尤其是主要受压元件如法兰、设备接管等大多采用16MnⅡ材质。

但是在低温下焊接过程中很容易产生裂纹、焊接变形,焊件内存在较大的残余内应力极易产生冷裂纹致使构件产生脆性断裂,造成不必要的经济损失。

冷裂纹的产生,主要发生在低合金钢、中合金钢和高碳钢的热影响区,个别情况下,也出现在焊缝上。

目前在压力容器的焊接生产中,冷纹是常见而且影响较大,除热影响区外,有时也出现在焊缝上,这种裂纹也是在较低温度下产生的,但这种裂纹从形态上看与其它有所不同,它本身具有一定宽度,前端圆钝,走向平直,具有脆断的特征。

裂纹的取向一般与熔合线平行,但也有垂直于熔合线的。

因此16MnⅡ厚钢板在低温条件下焊接必须采取相应的技术措施才能保证焊接质量。

1 工程实例
本文将16MnⅡ厚钢板焊接技术应用在沈阳国际真空技术有限责
任公司,φ3000×2500 GJZ30真空-压力浸漆罐、φ6000×4000 GJZ60真空-压力浸漆罐、φ2800×2500 GJZ28.2罐体以及印尼干燥设备真空机组、印尼干燥罐SR0912.05等制作施工为例,根据东北地区冬季施工温度低等特点及本单位压力容器生产车间多年来现场实际生产经验,本文就16MnⅡ材质的焊接工艺进行探讨。

1.1 16MnⅡ厚钢板焊接工艺原理及特点
根据16MnⅡ厚钢板的力学性能、化学成分及焊接性能,在低温条件下焊接通过调整焊接工艺参数、改变焊缝坡口形式、改变焊接工艺。

采用焊前预热焊后保温对工件进行缓慢冷却,降低工件的残余应力,防止裂纹等缺陷的产生从而保证工件的焊接质量。

16MnⅡ厚钢板在低温条件下焊接,由于通常采用V型坡口焊材充填量大,扩大热影响区域造成较大的焊接变形。

为此我们对焊口形式进行改进采用双面U型坡口,调整焊接工艺参数并对焊件焊接过程采取防护措施,在焊口周围进行焊前预热处理焊后进行保温,使热影响区及焊道缓慢冷却收缩改善晶间组织降低冷裂纹的产生,防止焊接缺陷的产生提高焊接质量,保证产品的安全使用性能。

适用于东北地区冬季施工温度在-5℃～-28℃低温条件下,16MnⅡ厚钢板及其他高强度的低合金钢厚板的焊接施工。

1.2 16MnⅡ厚钢板工艺流程及操作要点
(1)焊接工艺评定试验。

根据多年实践工作经验确定评定环境温度在-5℃～28℃之间施焊材质相同及相同的预热温度相同的保温条件下进行工艺评定。

(2)确定焊接工艺评定参数。

①焊接电流、电压、焊条的确定,其参数如表1。

②焊缝坡口形式。

钢板厚度超过50mm厚时,坡口形式采用双面U型坡口其钝边间隙相对缩小,减小坡口角度缩小焊道宽度减少焊材消耗,同时考虑填充金数量少,便于焊接操作,坡口底部间隙可缩小2mm～3mm、坡口角度可缩小10°～15°。

有利于保证焊接质量加快焊接速度,降低工时消耗、节约能源、降低成本。

焊接前对焊接部位进行打磨、清理,应将坡口两侧各20mm以内的油漆、铁锈等杂物清除干净,直至露出金属光泽并保持焊口清洁干燥。

由于焊接表面上的氧化皮和铁锈对金属有氧化作用使焊缝中增氧,导致CO气孔的产生,并且降低焊缝的力学性能。

对接接头的错边量要求最大不能超过2mm。

(3)焊前准备。

1)焊接材料的选择。

①所选材料(焊缝、焊丝、钨极、氩气等)的质量必须符合国家标
准。

并具有相应的合格证。

②焊条、焊丝的选择。

由于此容器是在低温的环境条件下工作,这里按焊丝成分尽量接近母材成分的原则选择焊丝材料,根据16MnⅡ材料的成分,我们选择了E5015(GB/T5117)焊条和H10MnSi(GB/T14957)焊丝。

2)焊条烘干。

为了排除药皮中的水分,防止焊缝中产生气孔,保证焊缝质量,一般采用先低温40℃,保温3个h烘干,再高温烘焙,由于焊条选用E5015,则选择烘焙温度为250℃,时间1h,焊条烘干后应放在100℃～150℃的保温桶内,随用随取,焊条取出后在常温下超过4h应重新烘干。

3)焊接环境。

当施焊环境出现下列一种情况时,应采取有效防护措施,否则不能焊接。

(1)手工焊时风速大于10m/s(风速过大易引起熔滴飞溅,熔滴过渡受到影响),应采取防风措施。

(2)相对湿度大于90%(湿度大,H20的含量过高,在焊接的高温情况下会发生H20=2[H]+[O]反应,产生H2气孔和CO气孔)。

4)焊接方法和焊接设备的选择。

16MnⅡ厚钢板,为了保证焊透,需要采用热量较为集中的方法焊接。

结合我公司的实际情况,采用大电流手工电弧焊分层双面对称跳焊的方法。

手弧焊设备选用ZX7—400ST手工焊焊机,直流反接。

5)焊前预热。

焊道附近铁锈氧化皮清净后,采用火燃加热器对焊缝周围进行加热,其加热温度在150℃～200℃之间。

(4)焊前操作。

1)定位焊。

点固焊时,应使用与产品焊接时相同牌号的焊接材料,并遵守相同的工艺条件。

点焊焊缝有裂纹或者其他缺陷时,必须重新打磨焊接。

2)打底焊。

打底焊采用手工电弧焊,使用双面成形技术进行焊接,操作时采用双面对称焊的方法,其参数如表2。

3)过渡层焊接。

手工电弧焊打底焊完之后,用角磨机打磨、清除氧化物和熔渣,过度焊运条方法选择直线小圆弧摆动,由于焊缝表面处坡口夹角较小,为了便于清根和运条操作,过渡层焊接采用手工电弧焊,焊条选用Φ4。

层数为1层,同时采用小直径焊条小电流焊对焊缝组织结构形式有所改
善,多层焊时的焊层之间的接头应错开。

其参数如表3。

4)盖面焊接。

通过打底焊和过渡层焊接后,上面的坡口较宽,为了提高焊接效率,采用直径Φ5.0焊条进行焊接,焊完后立即清除药皮及焊道两侧飞溅物,其参数如表4。

5)焊缝保温。

焊完后立即用岩棉毡进行保温处理减少焊缝及热影响区淬硬脆化裂纹、延迟裂纹。

6)焊接检验。

焊接完成后,按照产权单位的要求进行超声波探伤,按规范GB4730-2005《压力容器无损探测》Ⅱ级要求98%以上均能达到要求。

外观质量检查按照GBJ236-95标准要求。

7)焊缝返修。

当焊道出现焊接裂纹时,在裂纹前后距裂纹处5mm处钻φ5mm孔以防止裂纹扩展。

用碳弧气刨清除裂纹并修整打磨表面,应用渗透或磁粉探伤方法检查裂纹是否清除干净。

返修焊时,应进量使用较小的线能量,并应在焊道内引弧,熄弧时应填满弧坑,返修部位应连续焊接,焊后应采取保温措施防止产生收缩
裂纹,焊完后再进行探伤检查。

2 结语
采用电弧焊打底,手工焊盖面的工艺很好的解决了16MnⅡ厚钢板材料的焊接,焊接接头经无损检测和外观检查合格率达98%以上,证明焊接相当成功。

该工艺既能保证焊接质量,又经济可靠,操作灵活,可广泛的推广应用。

16MnⅡ厚钢板低温条件下焊接技术在真空-压力浸漆罐等容器制作中采用,保证了焊接质量,同时产生了良好的经济效益。

例如:在组对法兰时,制定合理的焊接方案,经射线探伤一次合格,保证了焊接质量,避免了返工,节省了人力损耗；比预计工期提前近十天完工,提高了工效。

参考文献
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