Q345R材質鍋筒埋弧焊焊接工藝參數優化

鐘春雷 韓志龍 傅 強

（大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院,遼寧 大連 116013）

Q345R材質鍋筒埋弧焊焊接工藝參數優化

鐘春雷 韓志龍 傅 強

（大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院,遼寧 大連 116013）

對Q 345R材質制造的鍋筒焊接試板進行試驗，研究了不同埋弧焊焊接工藝參數對力學性能的影響。正交試驗得到的優佳焊接工藝參數完全達到了鍋筒制造相關技術標準規定。

埋弧焊；力學性能；工藝參數；正交分析

埋弧焊以其焊接效率高、焊接質量穩定、勞動強度低等優點，廣泛應用于鍋爐制造行業。以鍋爐制造企業中Q345R材質制造的鍋筒筒節為焊接研究對象，采用埋弧自動焊進行施焊，利用正交試驗對不同焊接工藝參數進行優化，找到優佳的焊接工藝參數。

一、焊前準備

試驗材料為Q345R，焊接試板規格為300mm×250mm×8mm，其化學成分如表1所示，力學性能見表2所示，埋弧自動焊選用的焊絲牌號為H08MnGX，焊絲直徑4.0mm，與焊絲相配合的焊劑牌號為HJ431，焊件坡口為Ι形坡口，根部間隙為0~1mm。焊接前應清除坡口及母材兩側表面20mm范圍內的氧化物、油污、鐵銹等。根據相關技術標準規定，承壓設備中某型號集油器的筒節縱縫屬于A類焊接接頭，允許在筒節A類縱向接頭焊縫的延長部位增加產品焊接試板。

表1 Q345R鋼的化學成分 wt%

表2 Q345R鋼的力學性能

二、正交試驗

1.正交試驗設計

為了獲得優佳的埋弧焊工藝參數，采用正交優化試驗對工藝參數行優化，試驗指標為：抗拉強度（MPa）、焊縫沖擊吸收功（J）和彎曲試驗結果，試驗指標值越高越好。影響試驗指標的因素及水平如表3所示，是三因素三水平三指標的正交試驗，選取L9(34)正交表進行試驗。表4為正交試驗設計，將表中每一列數字1、2、3看成是該列因素應取的水平，則每一行就是每次試驗的因素條件，共進行9次試驗。正交試驗設計是根據正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點，它是一種高效率、快速、經濟的實驗設計方法。

表3 埋弧焊正交因素水平表

2.正交試驗結果及分析

按照正交表中的工藝參數組合進行埋弧焊焊接試驗，接頭力學性能見表5，正交分析結果見表6。

從表6中可以看出：在抗拉強度指標中，極差D的大小，反映了正交試驗中各個因素作用的大小，極差大說明該因素對試驗指標的影響最大，為主要影響因素；極差小說明該因素對試驗指標的影響小。在抗拉強度試驗指標中極差值D由大到小的排列順序是9.0>2.6>1.7，因此，在本次焊接參數下，因素B(焊接電流)為主要影響因素、因素A(焊接速度)其次、因素C(焊接電壓)影響最小。再從表6中選取各列Ⅰ/3、Ⅱ/3、Ⅲ/3的最大值所對應的水平值就是優佳的搭配方案，則第一列最大值588.3對應于A2，第二列最大值592.3對應于B2，第三列最大值588.0對應于C2，即優佳搭配為A2、B2、C2。查表得出對應的焊接工藝參數為：焊接電流680A、焊接速度420mm/ min、焊接電壓33V。

表4 正交試驗設計

表5 埋弧焊焊接接頭力學性能結果

表6 正交分析結果

同理在焊接接頭沖擊吸收功中，極差值D從大到小的排列順序是6.7>1.7>1.3，分析結果與抗拉強度指標一致。從表6中得出對應的優佳工藝參數為：焊接速度420mm/min、焊接電流680A、焊接電壓33V，這與抗拉強度指標分析相符。

綜合分析可知，因素B（焊接電流）是主要影響因素，對試驗指標的影響最大，因素A（焊接速度）的水平變化對試驗指標的影響居第二位，因素C（焊接電壓）水平變化對試驗性能指標的影響最小。經上述分析確定Q345R鋼制集油器埋弧焊優佳的焊接工藝參數為：焊接電流680A、焊接速度420mm/ min、焊接電壓33V。按照這個方案進行焊接試驗，對焊接試板進行100% R T射線檢測，依據壓力容器無損檢測標準進行評級，焊縫質量等級達到國家Ⅱ級標準。彎曲結果未發現裂紋，拉伸試驗結果表明在此焊接工藝下接頭力學性能優良，焊接接頭的抗拉強度達到603MPa，焊縫沖擊吸收功為47J，比正交試驗的9組試驗數據都要高。

三、結語

（1）在本次焊接參數范圍內，焊接電流對試驗指標的影響最大，在焊接過程中應予以重視。（2）Q345R材質鍋筒埋弧焊優佳工藝方案為：焊接電流680A、焊接速度420mm/min、焊接電壓33V。（3）在優化焊接工藝參數下，試板經100%R T射線檢測，焊縫質量等級達到規定標準，焊接接頭各項力學性能指標達到承壓設備相關技術標準要求。

注：項目資助遼寧省質量技術監督局科技計劃項目（2013614）

[1]TSGG0001-2012,鍋爐安全技術監察規程．

[2]GB150-2011,鋼制壓力容器[S]．

[3]曾金傳主編.焊接質量管理與檢驗，北京：機械工業出版社，2008.45-76

[4]欒軍.試驗設計的技術與方法[M]．上海：上海交通大學出版社，1986：33-34．

[5]JB/T4730-2005,承壓設備無損檢測．

[6]劉云龍.焊工技師手冊.北京：機械工業出版社，2008：5-33.

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1671-0711（2015）10-0065-03

2015-08-27）