不銹鋼堆焊技術在快開盲板上的應用

2014-04-29 15:24:13牛連山王勇魯克瑩董俊軍

中國機械 2014年22期

關鍵詞：不銹鋼力學性能焊縫

牛連山王勇魯克瑩董俊軍

摘要：介紹了快開盲板耐蝕層堆焊的焊接要求，根據標準和技術文件的規定對堆焊試件進行了力學性能試驗，試驗結果完全滿足要求，該工藝已在快開盲板的制造之中使用。

關鍵詞：快開盲板;316L不銹鋼;耐蝕堆焊

前言

本文所提到的快開盲板是在腐蝕性環境下使用?？扉_盲板主體結構端法蘭所選用的材料為鍛件16MnⅢ，該鍛件除應符合NB/T47008-2010《承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件》標準外，還必須按照技術文件的相應要求來保證其耐腐蝕性能。

為了進一步加強端法蘭密封面的耐腐蝕性能，技術文件要求在密封面上316L不銹鋼，由于316L不銹鋼添加了Mo元素，使其具有優良的耐腐蝕性能，耐高溫及抗蠕變性能。

316L不銹鋼按照堆焊工藝堆焊完以后再精加工至技術文件所要求的尺寸。快開盲板端法蘭示意圖見圖1。

圖1?快開盲板端法蘭示意圖

1.焊前準備

1.1焊接設備的選擇

焊接設備選擇了逆變式手弧/氬弧焊機ZX7-400STG。

1.2試件材料的選擇

試件材料選擇了頭蓋和端法蘭所用鍛件16MnⅢ，試件的規格為300mm×150mm×30mm，其化學成分和力學性能分別見表1和表2。

表1????16MnⅢ?化學成分（%）

化學成分（%）

成份

規定值

0.13～

0.20

1.20～

1.60

≤0.015

≤0.003

0.20～

0.60

≤0.30

≤0.12

≤0.25

實測值

0.16

1.27

0.012

0.002

0.28

0.01

0.02

0.01

表2??16MnⅢ?力學性能

力學性能

測試項

抗拉強度/Mpa

屈服強度/Mpa

伸長率/%

斷面收縮率/%

-20℃沖擊功/J

硬度/HB

規定值

480～630

≥305

≥20

≥30

≥40

≤197

實測值

535

325

106、97、115

160

1.3?焊接材料的選擇

由于是在碳鋼上堆焊316L不銹鋼，焊接材料的選擇應考慮克服珠光體鋼對焊縫的稀釋作用、抑制熔合區中碳的擴散、提高焊縫金屬的抗熱裂能力以及改變接頭應力分布等因素。為防止形成凝固過度層，最好是在珠光體鋼的表面先堆焊一層過渡層。為了減少基層對過渡層焊縫的稀釋作用，焊接過度層時應選用鉻、鎳當量高的奧氏體焊條，并使焊縫具有一定量的鐵素體組織，以提高其抗裂性能[1]。過渡層選用了焊條E309L-16，然后在過渡層上用焊條E316L-16堆焊316L不銹鋼。其化學成分和力學性能分別見表3、4、5、6。

表3焊條?E309L-16化學成分

化學成分（%）

成份

規定值

≤0.04

≤0.90

0.5～2.5

≤0.030

≤0.020

22.0～25.0

≤0.75

12.0～14.0

≤0.75

實測值

0.022

0.75

0.94

0.023

0.008

23.49

0.18

12.46

0.01

表4焊條?E309L-16力學性能

測試項

抗拉強度/Mpa

伸長率/%

鐵素體含量/%

規定值

≥520

≥30

雙方協議

實測值

600

表5焊條?E316L-16化學成分

化學成分（%）

成份

規定值

≤0.04

≤0.90

0.5～2.5

≤0.030

≤0.020

17.0～20.0

2.0～3.0

11.0～14.0

≤0.75

實測值

0.03

0.73

1.51

0.025

0.005

19.09

2.64

0.03

表6焊條?E316L-16力學性能

測試項

抗拉強度/Mpa

伸長率/%

鐵素體含量/%

規定值

≥490

≥30

雙方協議

實測值

580

2.焊接工藝試驗

2.1焊前預熱

第一層預熱溫度控制在100℃～120℃之間，其余各層/道間溫度控制在80℃以下。

2.2焊接工藝參數

為了滿足技術文件對堆焊層厚度的要求，本試驗共堆焊三層，堆焊層總厚度在5～6mm之間。焊接工藝參數見表7

表7?焊接工藝參數

焊接方法

焊接

層數

焊接材料

焊接電流

電弧電壓

（V）

焊接速度

（cm/min）

型號

規格

極性

電流（A）

焊條

電弧焊

過渡層

E309L-16

φ4.0mm

直流反接

130-150

22-24

≥30

覆層（二層）

E316L-16

φ4.0mm

直流反接

130-150

22-24

≥30

2.3焊接要求

（1）待堆面應經100%MT探傷，Ⅰ級合格，并清理干凈待堆焊面表面，不得有油、銹、水、毛刺、探傷劑等雜物;

（2）堆焊采用焊條電弧焊進行，焊條嚴格按照焊材生產廠家推薦溫度烘干;

（3）過渡層應覆蓋整個待堆焊面;

（4）堆焊時后道焊縫應壓蓋前道焊縫1/2寬以上;

（5）每層堆焊層焊完后表面應平整，無凸凹不平現象，若有，應在修磨或補焊后進行100%PT探傷，Ⅰ級合格;

（6）每焊完一道或一層應認真清渣、飛濺物等雜物，發現缺陷及時清除。

2.4力學試驗

力學試驗根據NB/T47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》中的要求進行。耐蝕層表面經過滲透檢測后，在試件垂直于焊接方向上切去四個側彎試樣。

耐蝕層堆焊側彎試驗合格標準為：彎曲試樣彎曲到規定的角度后，在試樣拉伸面上的堆焊層內不得有大于1.5mm的任一開口缺陷;在熔合線內不得有大于3mm的任一開口缺陷[2]。

彎曲試驗：彎心直徑D=40mm，彎曲角度α=180°。

試驗結果：四個側彎試樣彎曲后沿任何方向都無缺陷，完全符合標準及技術規范的要求，可以用于快開盲板的生產制造之中。

3.應用????

根據焊接試驗的結果得出焊接工藝評定報告，并編制了端法蘭、頭蓋用焊接工藝規程。堆焊后的焊縫外觀檢查合格，無損探傷合格率達到100%，滿足了NB/T47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》以及技術文件的要求。

4.?結論

4.1堆焊316L不銹鋼時必須在基層上堆焊過渡層，以減弱對焊縫的稀釋作用。

4.2為降低熔合比，焊接時應選用較小的焊接電流快速焊接，焊條不做橫向擺動。

4.3為保證焊接完成后的質量，每焊完一道或一層應認真清渣、飛濺物等雜物，發現缺陷及時清除。

參考文獻：

[1]王勇，王引真，張德勤.材料冶金學與成型工藝[M].山東?東營：石油大學出版社，2005.

[2]NB/T47014-2011?承壓設備焊接工藝評定[S].北京：新華出版社，2011.