高壓鍋筒預焊件藥芯焊絲氣體保護焊焊接試驗

石麗花

（太原鍋爐集團有限公司， 山西 太原 030006）

高壓鍋筒（材質P355GH）筒內預焊件（材質為普通碳鋼）一般較長，大致在7 m以上，有時可達10余米。由于需要焊接的預焊件較長，目前采用焊條電弧焊進行焊接，鍋筒內部施焊條件較差，生產效率較低。為了提高生產效率，采用藥芯焊絲氣體保護焊（FCAW）進行生產工藝性能及力學性能試驗[1]。

1 焊接方法的選擇

藥芯焊絲是在結合焊條的優良工藝性能和實芯焊絲的高效率自動焊的基礎上產生的一類新型焊接材料，優點如下。

1.1 焊接工藝性能好

在電弧高溫作用下，芯部各種物質產生造氣、造渣以及一系列冶金反應，對溶滴過渡形態、熔渣表面張力等物理性能產生影響，明顯地改善了焊接工藝性能。即使采用CO2氣體保護焊，也可實現溶滴的噴射過渡，可做到無飛濺和全位置焊接，且焊道成型美觀。

1.2 熔敷速度快、生產效率高

藥芯焊絲可進行連續地自動、半自動焊接。焊接時，電流通過很薄的金屬外皮，其電流密度較高，熔化速度快。熔敷速度明顯高于焊條，并略高于實芯焊絲。生產效率約為焊條電弧焊的3～4倍。

1.3 合金系統調整方便

藥芯焊絲可以通過金屬外皮和藥芯兩種途徑調整熔敷金屬的化學成分。特別是通過改變藥芯焊絲中的填充成分，可獲得各種不同渣系、合金系的藥芯焊絲以滿足各種需求。該優點對于低合金高強度鋼焊接的優勢是實芯焊絲無法比擬的。

1.4 能耗低

在電弧焊過程中，連續地生產使得焊機空載損耗大為減少；較大的電流密度，增加了電阻熱，提高了熱源利用率，這兩者可提高藥芯焊絲能源有效利用率，可節能20%～30%。

1.5 綜合成本低

焊接生產的總成本應由焊接材料、輔助材料、人工費用、能源消耗、生產效率、熔敷金屬表面填充量等多項指標綜合構成。焊接相同厚度（中厚板以上）的鋼板，單位長度焊縫其綜合成本藥芯焊絲明顯低于焊條，且略低于實芯焊絲。使用藥芯焊絲經濟效益是非常顯著的[2]。

2 材料分析

試驗采用 P355GH（DIN EN10028-2）與 Q245R（GB713）進行焊接。通過試件材料的化學成分及力學性能分析，確定P355GH和Q245R藥芯焊絲氣體保護焊的焊絲采用E71T-12M-J（標準：AWS A5.20/ASME SFA5.20），Φ1.2。試件材料及焊絲的化學成分及力學性能見表1及下頁表2。

表1 化學成分表 %

3 焊接工藝評定試驗

3.1 坡口的選擇

考慮到工藝評定的覆蓋問題，試件厚度定為40 mm。考慮到工件變形及填充量的問題，選擇的

表2 力學性能

坡口形式為X型，坡口尺寸如圖1。

圖1 坡口示意圖（mm）

3.2 試件制備

按圖1分別制備P355GH和Q245R的試件，規格為 δ40×100×750。

3.3 焊前準備

試件焊前打磨要求：應將坡口表面及其兩側10 mm范圍母材內外表面的氧化皮、油、漆、垢、銹等清理干凈，直至發出金屬光澤。焊絲使用前應除凈污物。預熱：試件焊接前需預熱到100℃以上。

3.4 焊接

焊接參數要求：焊接電流為200～240 A；電弧電壓為20～24 V；保護氣體為Ar+CO2，流量為20～25 L/min，氣體混合比為φ（Ar）=80%～85%，φ（CO2）=20%～15%；焊接速度為蓋面層 7～10m/h，其余層15～25m/h；焊接過程中注意測溫，保證焊接過程中道間溫度不超過 300 ℃[3]。

焊接過程：為防止工件熱變形，需要正反面交替焊接。正面焊接第一層后，背面用角向磨光機清根并修磨完成后，背面焊接第一層，此后，二、三、四層正背面交替焊接，反面四、五層焊后，正面其余層全部焊完，最后焊背面其余各層。施焊中，應特別注意焊道接頭和收弧的質量，收弧時應將熔池填滿。

焊接完成后對焊縫表面缺陷進行檢測，經檢測無裂紋、咬邊、氣孔、夾渣、未熔合等表面缺陷。確定試件焊縫表面質量檢查合格。

3.5 無損檢測

對焊縫進行100%射線檢測。經檢測，焊縫質量分級為Ⅰ級，合格。

3.6 焊后熱處理

經無損檢測合格后，試件進行焊后熱處理。退火熱處理：升溫速度≤120℃/h，保溫溫度560℃±15℃，保溫時間6 h，保溫時間結束后爐冷低于300℃，出爐空冷。

4 檢查

工件焊后熱處理冷卻后，按照NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》進行力學性能和金相試件的加工。沖擊試驗試樣按標準件加工。拉伸試驗：室溫下，橫拉的抗拉強度為460 MPa，全拉的抗拉強度為536 MPa。彎曲試驗：4件180°側彎結果均完好。沖擊試驗：熱影響區沖擊功為205 J、203 J、206J、119J、133J、140J，焊縫區沖擊功為 182J、173 J、201 J。

金相檢測部位及組織見圖2—圖6，經金相檢測：無疏松、裂紋，無過燒組織且無淬硬性馬氏體。

圖2 P355GH母材：鐵素體+珠光體

圖3 P355GH熱影響區：鐵素體+珠光體

圖4 焊縫：索氏體

圖5 Q245R熱影響區：鐵素體+珠光體

圖6 Q245R母材：鐵素體+珠光體

5 結語

根據標準，拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗試驗結果均合格。金相經檢測符合執行標準。說明P355GH+Q245R藥芯焊絲氣體保護焊的焊接工藝是合理可行的。

[1]楊松主.鍋爐壓力容器焊接技術培訓教材[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]ASME鍋爐及壓力容器材料委員會.ASME鍋爐及壓力容器規范國際性規范Ⅱ材料C篇焊條、焊絲及填充金屬[S].中石協ASME規范產品專業委員會（CACI）翻譯.北京：中國石化出版社，2013.

[3]中國機械工程學會焊接學會編.焊接手冊：焊接方法及設備[M].北京：機械工業出版社，2001.