壓力容器D 類焊縫的焊接工藝評定

0 前 言

Q345R鋼板是當前特種設備壓力容器制造中用途最廣、 使用數量最大的專用鋼板， 其具有良好的塑性與焊接性

。 壓力容器中厚板筒體縱縫、 環焊縫通常采用埋弧焊， 陳思遠等

采用埋弧焊絲H10Mn2 和焊劑SJ101 研究了Q345R 鋼的焊接性能， 結果表明， 焊接接頭抗拉強度達到517 MPa， 在-20 ℃條件下， 沖擊功≤98 J， 滿足中厚板Q345R 的埋弧焊質量要求。 張亮等

研究了去應力退火溫度對Q345R 鋼焊接接頭性能的影響， 結果表明， 隨著退火溫度的升高， Q345R鋼焊接接頭抗拉強度和硬度降低。 目前關于壓力容器接管插入筒體的D 類焊縫焊接研究相對較少， 由于工況位置的特殊性， 容易造成焊縫未焊透、 夾渣、 氣孔、 未熔合等缺陷。 該類焊縫采用TIG 打底， 可以保證焊縫良好成形， SMAW 填充和蓋面， 可以提高焊接效率。 但若全部采用TIG焊接， 焊接熔敷率小、 效率低， 影響工程進度；若全部采用SMAW 焊接， 焊縫底部容易造成夾渣和氣孔， 存在質量隱患。

焊接工藝評定可以判定編制焊接工藝規程的準確性和合理性， 本研究以32 mm 厚的Q345R鋼為研究對象， 采用TIG+SMAW 進行焊接試驗，通過外觀檢查、 無損探傷、 拉伸試驗、 彎曲試驗、 沖擊試驗等方法研究了Q345R 鋼的焊接接頭工藝和力學性能， 為壓力容器D 類焊縫實際生產制造提供理論支持和技術保障。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗用母材為國內某鋼鐵公司生產的Q345R鋼板， 供貨狀態為熱軋鋼板， 厚度為32 mm。 焊接試板尺寸為450 mm×150 mm×32 mm， 采用60°V 形坡口對接形式， 組對間隙為2.5～3.5mm，鈍邊為0.5～1.5 mm。 焊接材料為國內某焊材公司生產的Φ2.5 mm 規格ER50-6 氬弧焊絲和Φ5.0 mm 規格E5015 電焊條， Q345R 鋼板及焊材的實測化學成分見表1， 力學性能見表2。

1.2 試驗方法

E5015 電焊條焊前需要350～380 ℃保溫1 h烘干， 再放到保溫桶中， 保溫桶設置溫度為120～150 ℃， 隨用隨取。 焊接環境溫度為25 ℃，濕度為70%。

綜上所述，小學階段作為學生學習英語的開端，對學生的發展有重要作用。在教學過程中，教師要將學生作為課堂主體，根據學生的發展特點制定多元化的教學方式，激發學生的學習興趣，調動學生的積極性，促使學生主動地投入到英語課堂中來，進而有效提升課堂教學效率。

焊接設備為WS-400I GBT 型氬弧和電焊兩用焊機， 保護氣體為氬氣， 氣體純度為99.99%。試板焊接位置為平焊， 首先采用TIG 焊接第1～5層， 測得厚度為11.4 mm， 再采用SMAW 焊接第6～11 層， 直至蓋面層， 焊接層次分布如圖1所示。 試板焊接工藝參數見表3， 層間溫度不大于210 ℃。

2 焊縫外觀檢查及無損探傷

依 據NB/T 47014—2011， 采 用 線 切 割 在Q345R 焊件上截取12 個沖擊試樣， 取樣位置如圖5 所示。 試樣尺寸為10 mm×10 mm×55 mm，試樣在焊縫和熱影響區各有6 個開槽， 開45°V 形坡口， 坡口深度為2.0±0.2 mm。 按照GB/T 229—2007

， 在JBW-300B 型試驗機上進行沖擊試驗， 試驗結果見表5。 從表5 可以看出， -20 ℃焊縫和熱影響區沖擊功達到95 J 以上， 具有較大的裕量， 滿足NB/T 47014—2011 標準的規定。

依據NB/T 47014—2011

， 采用線切割工藝在Q345R 焊件上截取2 個橫向拉伸試樣， 每個試樣上下分層為2 個試樣， 編號分別為163L1-1、163L1-2、 163L2-1、 163L2-2， 共4 個拉伸試樣。按照GB/T 228—2010

， 在SHT4605 型60 t 微機控制電液伺服萬能試驗機上進行拉伸試驗， 結果見表4。 從表4 可以看出， 焊接接頭的斷裂位置均在焊縫， 但抗拉強度均大于GB/T 713—2014

中規定的Q345R 鋼抗拉強度的下限值 （500 MPa），試驗結果符合NB/T 47014—2011 要求

。

3 消應力熱處理

圖3 為拉伸試樣斷裂的宏觀形貌， 由圖3可知， 焊接接頭斷裂部位均為焊縫， 表明母材的抗拉強度大于焊縫的抗拉強度。

4 力學性能檢測

4.1 拉伸試驗

當“等價映射”無法實現時，這種情況下，譯者就需要調整源認知域的映射價元來配價目的認知域的映射關系，采用意譯法達到獲得相同目的認知概念的目的。如:

依據NB/T 47014—2011 標準， 采用線切割在Q345R 焊件上截取4 個橫向側彎試樣， 試樣尺寸為160 mm×32 mm×10 mm， 按照GB/T 2653—2008

， 在LWC2000 型彎曲試驗機上進行側彎試驗， 彎曲角度為180°， 彎曲直徑為40 mm。 側彎試樣宏觀形貌如圖4 所示， 從圖4 可以看出，在焊縫和熱影響區的彎曲面上沒有長度>3 mm的裂紋缺陷， 符合NB/T 47014—2011 中規定要求， 判定結果合格。

Q345R 試板焊接接頭X 射線探傷合格后，按照GB 150—2011、 NB/T 47015—2011

和GB/T 30583—2014

， 再結合焊接工藝評定的覆蓋范圍， 制定了焊后消應力熱處理工藝參數。 工藝參數為： 試件入爐溫度≤400 ℃， 當升溫至400 ℃后， 再以≤160 ℃/h 的速度升溫， 當升溫至（620±10） ℃后， 保溫3 h， 最后以≤160 ℃/h 的速度冷卻到400 ℃后取出， 空冷至室溫。

4.2 側彎試驗

4.投餌與追肥。我縣小龍蝦養殖采取仿生態低密度放養模式，以攝食天然動植物餌料為主，所以特別注重放苗前施肥和養殖期間適時追肥，在幼蝦投放5～7天施發酵的畜禽糞60kg/畝，6月下旬到8月下旬主要施有機肥和生物魚肥，培養大量輪蟲、枝角類、橈足類、水生昆蟲幼體。培育浮游生物及提供適量的有機碎屑作蝦飼料。

4.3 沖擊試驗

在Q345R 試件焊接過程中， 脫渣容易， 焊縫與母材過渡平緩， 焊縫成形美觀， 表面沒有氣孔和壓坑等缺陷， 焊縫宏觀形貌如圖2 所示。 經測量， 焊縫外表面余高為1.3 mm， 內表面余高為0.5 mm， 符合GB 150—2011

中規定外表面余高≤4.0 mm 和內表面余高≤1.5 mm 的要求。依據NB/T 47013—2015

對焊接接頭進行X 射線檢測， 技術等級為AB 級， 探傷結果為Ⅰ級，滿足不低于II 級的要求， 符合技術要求。

目前，地鐵軌道建設規模已經成為衡量城市水平的一個重要標準，發達的地鐵軌道可以提升人們的出行速度，降低交通壓力，提升城市效率。我國的地鐵軌道建設項目規模不斷增大，其質量安全問題必須得到充分的關注。加強施工中的重點難點分析，并提出科學合理的應對措施對提高地鐵軌道項目的質量至關重要，對延長工程項目的使用壽命、降低工程成本有很大的作用。

5 顯微組織形貌分析

按照GB/T 13298—2015

， 采用4%硝酸酒精溶液對金相試樣表面進行處理， 得到焊縫金屬顯微組織如圖6 所示， 其中白色部位區域為鐵素體， 黑色部位區域為珠光體。 從圖6 可以看出， TIG 焊縫組織主要為塊狀鐵素體+少量珠光體， 鐵素體晶粒分布較均勻， 珠光體呈分散狀分布于鐵素體的晶界處； SMAW 焊縫組織為塊狀鐵素體+少量珠光體， 局部有大塊狀鐵素體， 鐵素體晶粒分布不均勻， 珠光體仍舊呈分散狀分布在鐵素體的晶界處。

6 工程應用

在Φ964 mm×32 mm 的Q345R 分離器筒體上開孔， 插入Φ250 mm×30 mm 接管， 采用TIG打底焊接， SMAW 填充和蓋面， 焊縫形貌如圖7所示。 焊接完成后對焊縫進行100%磁粉探傷，結果為Ⅰ級， 再進行焊后熱處理， 在620 ℃條件下保溫3 h， 最后進行耐壓試驗， 耐壓試驗的工作介質為常溫水 （水溫不低于5 ℃）， 壓力為11.7 MPa， 保壓時間為1 h， 結果沒有滲漏， 無可見變形和異常聲響， 試驗結果合格。 截止2022 年3 月， 該分離器已運行3 個月， 運行狀態正常。

7 結束語

本研究針對32 mm 的Q345R 中厚鋼板， 采用TIG+SMAW 焊接工藝， 在焊后620 ℃保溫3 h消應力處理后， 焊接接頭抗拉強度＞500 MPa，焊縫和熱影響區-20 ℃沖擊功＞95 J， 側彎試驗合格， 滿足NB 47014—2011 規定要求。 采用該工藝制備Φ964 mm×32 mm 的Q345R 分離器， D 類焊縫磁粉探傷和耐壓試驗合格， 壓力容器運行正常， 表明采用鎢極氬弧焊絲ER50-6 和電焊條E5015 以及制定的焊接工藝， 可以滿足該壓力容器D 類焊縫的焊接質量要求， 從而為壓力容器D 類焊縫實際生產制造提供參考。

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