碳鋼壓力容器MAG焊工藝研究

李翠玲 劉遠(yuǎn)彬 鐘標(biāo)全 高磊

摘 要：文章針對東方電氣（廣州）重型機(jī)器有限公司承接的產(chǎn)品焊接量大、焊條電弧焊焊接效率低的背景，開發(fā)高效的MAG焊，按照NB/T 47014及產(chǎn)品設(shè)計要求進(jìn)行焊接工藝試驗，使該司掌握MAG焊的焊接工藝技術(shù)，并成功應(yīng)用于產(chǎn)品承壓焊縫的制造，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，不僅降低了勞動強(qiáng)度，同時極大地提高了生產(chǎn)效率，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：碳鋼;壓力容器;焊接工藝汽水分離再熱器

汽水分離再熱器（Moisture Separator Reheater，MSR）是東方電氣（廣州）重型機(jī)器有限公司承接的核電站常規(guī)島的關(guān)鍵設(shè)備之一，該設(shè)備為Ⅱ類壓力容器，產(chǎn)品按TSG-21《固定式壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程》受質(zhì)監(jiān)局監(jiān)管。在該容器的制造過程中，焊接是一個重要加工工藝，占產(chǎn)品制造工時成本的主要部分，為保證焊縫質(zhì)量，MSR目前除縱環(huán)縫填充焊使用埋弧焊以外，剩余承壓焊縫及與承壓件相焊的焊縫全部使用傳統(tǒng)的手工焊條電弧焊，單臺MSR使用手工焊條的用量大約為5 t，焊接量大，手工電弧焊焊接效率低，同時焊工工作條件差。

MAG是熔化極活性氣體保護(hù)焊（Gas Metal Arc Welding，GMAW）工藝的一種，該方法與該司現(xiàn)有的焊條電弧焊（Shielded Metal Arc Welding，SMAW）相比，具有以下優(yōu)點。

（1）生產(chǎn)效率高和節(jié)省能量。由于焊接電流密度較大，電弧能量集中，母材的熔透深度大，焊接速度快，同時，焊后不需要清渣，是一種高效節(jié)能的焊接方法，生產(chǎn)效率可比焊條電弧焊提高3倍以上。

（2）焊接成本低。焊前不需要烘焙焊材，對于焊前的生產(chǎn)準(zhǔn)備要求不高，焊后清理和校正工時少，同時，避免了焊條電弧焊中頻繁更換焊條的缺點。

（3）焊接變形小。該方法電弧熱量集中，熱輸入低和CO2氣體具有較強(qiáng)的冷卻作用，使焊接工件受熱面積小，變形小。

（4）對油和銹的敏感性很低，具有良好的抗銹蝕能力。

（5）適應(yīng)性廣，可用于立焊、仰焊和全位置焊接。

（6）明弧操作。電弧可見性好，有利于觀察，使焊絲對準(zhǔn)焊縫位置。尤其是在半自動焊時，可以較容易地實現(xiàn)短焊縫和曲線焊縫的焊接工作，操作簡單，容易掌握。

綜上所述，MAG焊工藝是優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的焊接方法，在鍋爐、壓力容器行業(yè)大力推廣應(yīng)用，會獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益，非常值得在該司開發(fā)及推廣應(yīng)用。

文章即針對MAG焊工藝，按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014要求，結(jié)合該司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及設(shè)計補(bǔ)充技術(shù)要求，開展工藝試驗以及工藝評定，對MAG焊應(yīng)用于MSR承壓部件焊接的可行性進(jìn)行驗證和分析。

1? ? 試驗方案

文章選取公司常用的3個廠家的焊接材料，對厚度為16 mm的母材試板分別進(jìn)行焊態(tài)+熱處理狀態(tài)的焊接試驗（共6組試驗），并選取其中一個廠家，對焊材針厚度為40 mm的母材試板進(jìn)行焊態(tài)的焊接試驗（共1組試驗）。7塊試板均選取熱輸入最大、焊接操作最難的立焊位置進(jìn)行焊接。

7組試驗的焊接接頭均按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T47014—2011的要求及產(chǎn)品設(shè)計要求，考察外觀、焊縫質(zhì)量以及化學(xué)、金相、力學(xué)性能、彎曲性能。

具體試驗方案如下。

1.1? 試驗用原材料及焊材

母材：牌號Q345R，滿足GB 713標(biāo)準(zhǔn)。

焊材：型號ER50-6，滿足NB/T 47018—2017標(biāo)準(zhǔn)。

1.2? 焊接接頭型式

7塊試板均采用對接接頭，其中薄板16 mm為單面坡口，厚板40 mm為雙面坡口，均采用反面清根，實現(xiàn)全焊透結(jié)構(gòu)。

1.3? 焊接及熱處理參數(shù)

保護(hù)氣體：80%Ar+20%CO2。

焊接位置：3 G。

焊材規(guī)格：Φ1.2。

焊接參數(shù)：電流160～200 A，電壓25～28 V，速度5～15 cm/min。

預(yù)熱溫度：室溫。

道間溫度：≤260 ℃。

熱處理參數(shù)：（615±15）℃/10～10.5 h。

2? ? 結(jié)果分析

2.1? 焊材工藝性分析

3個廠家焊材在立焊位置下焊接時，焊道表面均成型良好，焊道與母材之間平滑過渡，無咬邊現(xiàn)象，焊接過程中坡口上有少量飛濺產(chǎn)生，不需要打磨去除，焊接工藝性能良好。

2.2? 焊接接頭外觀檢驗

對所有試板的焊接接頭表面進(jìn)行目視尺寸檢查，發(fā)現(xiàn)焊縫表面平整、焊道間及焊道與母材之間熔合良好、平滑過渡，無咬邊、無氣孔等缺陷，外觀檢查結(jié)果滿足要求。

2.3? 焊接接頭無損探傷

對所有試板的的焊接接頭按NB/T 47013.4的要求進(jìn)行MT檢驗，檢驗結(jié)果均為Ⅰ級合格;并按NB/T 47013.2要求進(jìn)行RT檢測，照相不低于AB級，檢驗結(jié)果均為Ⅰ級合格，無超標(biāo)缺陷產(chǎn)生。

2.4? 化學(xué)分析

對3塊焊態(tài)試板的焊縫化學(xué)成分進(jìn)行了檢測，均滿足要求。

2.5? 金相試驗

對7塊試板焊接接頭橫截面均進(jìn)行焊縫及熔合線兩側(cè)的宏觀金相檢驗，圖1為16 mm厚焊接試板的宏觀金相照片，可明顯觀察到焊道排布以及母材、熱影響區(qū)、焊縫的分界。宏觀檢驗中未發(fā)現(xiàn)任何形式的裂紋、夾渣、氣孔、未熔合、夾渣等缺陷。

在宏觀試樣上，選擇熔合線及其附近兩側(cè)區(qū)域進(jìn)行200倍的微觀金相檢驗，如圖2所示，未發(fā)現(xiàn)任何缺陷及異常組織。

2.6? ?室溫+高溫拉伸試驗

按標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014—2011對7塊試板的焊接接頭均進(jìn)行橫向室溫拉伸試驗，并按產(chǎn)品設(shè)計要求對焊接接頭進(jìn)行380 ℃的高溫拉伸試驗，試驗結(jié)果如下：

（1）所有拉伸試驗均斷裂于母材，并且為塑性斷裂。

（2）焊態(tài)試板室溫抗拉強(qiáng)度為525～560 MPa，380 ℃高溫抗拉強(qiáng)度為492～542 MPa，380 ℃高溫屈服強(qiáng)度為263～335 MPa，均滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計制造規(guī)范的要求。

（3）熱處理態(tài)試板室溫抗拉強(qiáng)度為492～559 MPa，380 ℃高溫抗拉強(qiáng)度為412～489 MPa，380 ℃高溫屈服強(qiáng)度為191～228 MPa，均滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計制造規(guī)范的要求。

2.7? 沖擊試驗

按標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014—2011要求，對7塊試板的焊縫、熱影響區(qū)均進(jìn)行﹣20 ℃的沖擊試驗，結(jié)果如下。

焊態(tài)下﹣20 ℃的沖擊功為60～186 J，熱處理態(tài)下﹣20 ℃的沖擊功為79～219 J，均滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計制造規(guī)范的要求。

2.8? 彎曲試驗

按標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014—2011要求，對7塊試板的焊接接頭均進(jìn)行橫向彎曲試驗，所有試驗結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3? ? 結(jié)語

經(jīng)過對3個廠家的焊材ER50-6使用MAG焊工藝按標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品技術(shù)要求開展焊接工藝試驗，結(jié)論表明：該方法焊接工藝性能良好，焊接效率高。3個廠家焊材所熔覆的焊接接頭外觀檢查及無損探傷（MT+RT），均一次性合格，不同厚度焊接接頭的破壞性試驗結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計制造規(guī)范的要求。

MAG焊工藝完全滿足該司產(chǎn)品對重要承壓焊縫的質(zhì)量要求，可在該司A、B類承壓焊縫以及與承壓件相焊的E類焊縫上實施應(yīng)用，由于MAG焊比傳統(tǒng)的焊條電弧焊效率高出3倍以上，因此，該方法的應(yīng)用將在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，極大地提高產(chǎn)品焊接效率，為該司產(chǎn)品的制造創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。