壓力容器用Q345R鋼窄間隙MAG焊研究

俞 翔，王曉梁

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院，江蘇 南通 226011）

窄間隙焊接方法在不同的國家應用的比例也不盡相同，其主要應用在鍋爐、壓力容器、工業機械、船舶與海洋結構、壓力管道等制造業中。在日本以及一些其它國家，普遍使用熔化極窄間隙氣體保護焊焊接，其應用率達到75%。而我國恰恰相反，以窄間隙埋弧焊的應用居多，原因在于：此種窄間隙焊接設備商品化程度較高，購買比較容易。在近年來的研究中,發現采用細焊絲大電流MAG焊可以實現穩定的旋轉噴射過渡，其焊接生產效率高，對焊件裝配間隙不敏感，而且能增大焊縫熔寬和改善焊縫成型，可用于壓力容器的主要接頭，如筒體縱縫和環縫。壓力容器用的碳素鋼及低合金鋼幾乎都可以采用這種方法。使用此種方法的經濟效益比過去有所提高，而且焊接廢品率大大下降，產品精度和品質均勻得到提高。因此，筆者以厚板壓力容器用Q345R鋼為對象，進行了旋轉電弧窄間隙熔化極氣體保護焊試驗。

1 試驗原理及焊接工藝

旋轉電弧窄間隙MAG控制系統構成原理，如圖1所示。焊接電源為MIG/MAG焊機，采用送氣、導電、循環冷卻、絕緣等功能一體的窄間隙焊炬，通過旋轉控制系統，使傾斜的導電嘴實現焊接電弧的旋轉，完成焊接過程。導電嘴帶動焊絲和電弧在坡口內做錐擺運動，導電嘴和焊絲間磨損很小，可以實現電弧的高速旋轉，又可以進行長時間的連續焊接，焊接穩定性高。

試驗試件厚度為50mm，采用帶鈍邊U型坡口，見圖2，窄間隙坡口單側角度為1～2度，鈍邊為2mm。

圖1 窄間隙焊接系統

圖2 坡口幾何形狀

試驗母材為Q345R，采用ER50-6氣保焊焊絲，直徑為1.2 mm，化學成分如表1所示。在焊接時，需先焊正面打底焊，再焊反面打底焊，其工藝參數如表2所示。

表1 母材和焊絲化學成分(﹪)

表2 窄間隙焊接工藝參數

電弧形貌如圖3所示，電弧呈鐘罩狀，隨著電弧的旋轉，電弧有規律地在坡口兩側壁之間運動，避免了電弧熱在坡口中心區域的聚集，從而增加側壁的熔透，并且有效地防止了指狀熔深的出現。另外，由于旋轉離心力的作用，熔滴不再沿焊絲軸向運動，而是向坡口兩側方向呈非軸向過渡。當焊絲旋轉到距側壁最近端時，電弧可以直接對側壁加熱，由于電弧對熔池的攪拌效應，使得熔池液體金屬在側壁處產生堆積，有利于側壁的熔合。

圖3 電弧形貌圖

2 焊接接頭分析

2.1 焊接接頭的宏觀分析

圖4為焊接接頭經射線檢測后顯示無缺陷，經腐蝕和拋光后的宏觀金相照片，從照片上可以清晰地看出，焊縫成型均勻美觀，未見未焊透、氣孔、夾渣等宏觀缺陷。焊縫側壁熔合較好，不存在未熔合現象。熱影響區寬度極小約1.5 mm，焊縫層高約3.5 mm。

圖4 焊接接頭宏觀形貌

4.2 焊接接頭的力學性能

圖5為拉伸試件斷裂示意圖，焊接接頭拉伸試驗結果表明，拉伸斷裂均在母材一側，焊接接頭的強度高于母材，Q345R鋼板厚度在36～60 mm之間的抗拉強度為490～620 MPa，拉伸試件的抗拉強度均高于母材抗拉強度規定值的下限，平均為535 MPa，焊接接頭抗拉強度合格。

圖5 拉伸試件斷裂示意圖

彎曲試驗的合格標準為：在拉伸件彎曲到規定的彎曲角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有單條長度大于3 mm的裂紋或缺陷，焊接接頭的棱角開裂一般不計。焊接接頭經過彎曲180°后，未發現裂紋或缺陷現象，符合標準要求。

在0℃條件下，焊接接頭所得沖擊結果，如圖6所示，焊縫金屬和熱影響區的沖擊功均大于34 J，焊接接頭常溫沖擊韌性滿足要求，具有良好的韌性。熱影響區沖擊功大于焊縫金屬的沖擊功。

圖6 沖擊功示意圖

3 結束語

旋轉電弧窄間隙MAG焊運用于壓力容器用Q345R鋼的焊接，其焊縫成形良好，坡口兩側充分熔接，焊縫內沒有氣孔、裂紋等缺陷，其力學性能試驗符合標準要求。旋轉電弧窄間隙MAG焊方法，焊接品質好，效率高，是壓力容器制造的一種先進技術。

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