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1、800 MN 模锻压机主工作缸体的焊接 王迎君 中国第二重型机械集团公司 摘 要： 采用不同组合的焊接材料, 在不同的焊接线能量下经历不同的焊后热处理后获得的 0冲击功, 确定合理的焊接线能量和焊后热处理工艺参数, 确保了 500 mm 厚埋弧焊焊接工艺评定合格, 确保了 800 MN 模锻压机主工作缸体的焊接质量。为今后在承制类似产品的制造提供了科学依据。关键词： 主工作缸体; 埋弧焊; 焊接工艺评定; 模拟件; 作者简介：王迎君 (1969) , 女, 高级工程师, 1991 年 7 月毕业于西安石油学院机械系, 现从事压力容器焊接工艺及试验工作。The Welding of Master
2、 Working Cylinder in 800MN Die Forging PressWang Yingjun Abstract： The impact energy at 0 of weldments can be obtained by using different combination of welding consumables under the different welding heat input and the different post weld heat treatment methods. The reasonable welding energy input
3、and the post weld heat treatment processing parameters can be determined. The welding procedure qualification of 500 mm thickness submerged arc welding is guaranteed, the welding quality of master working cylinder in 800 MN die forging press is ensured. It provides a scientific basis for the manufac
4、ture of similar products in future.Keyword： master working cylinder; submerged arc welding; welding procedure qualification; welding simulation; 中国二重集团公司承制的 800 MN 模锻压机可实现大型模锻件的整体精密成形, 是大飞机国产化制造的关键设备。而主工作缸体则是 800MN 模锻压机中重要部件之一, 它直接承受着系统的压力, 是压机的动力机构。主工作缸体的材料为20Mn Ni Mo 锻件, 要求该材料的抗拉强度在 600780 MPa 之间,
5、 屈服强度不得低于 450 MPa。主工作缸体内径为3 m, 受炼钢和锻造能力限制, 无法实现主工作缸体的整体锻造, 必须通过焊接来进行主工作缸体的制造, 焊接厚度约为600mm, 精加工后最大板厚达到 565 mm, 每个缸体由两个零件焊接而成。1 主工作缸体在焊接过程中存在的问题主工作缸体厚度约为 600 mm, 属于超深坡口范畴, 二重没有此规格的埋弧焊焊接先例, 在其焊接过程中存在中断弧不易进行打磨起弧、焊接过程中不容易观察等诸多问题, 因此要保证产品一次合格, 焊接设备、焊接过程中的焊接参数以及焊接过程中热处理的时机都相当重要。为保证产品焊缝一次合格, 我们制作了与产品坡口形式一致的
6、模拟件, 要求在产品正式焊接前对模拟件进行焊接, 以确保产品万无一失。2 焊接材料的选择及焊接工艺试验根据以往经验, 焊接工艺参数、焊后消应热处理工艺参数均对焊接接头的力学性能有一定的影响, 为了保证超厚焊接试板的力学性能合格, 借鉴 800 MN 模锻压机与主工作缸体相同材料的其它较薄件剩余试料, 进行了一系列的焊接试验工作。2.1 390 mm 厚度 20Mn Ni Mo 钢板的工艺试验2.1.1 化学成分分析及性能试验经过查阅资料, 最终选定焊接材料为 CHW-S10/HJ250G 组合, 首先对采购的焊丝CHW-S10 进行化学成分分析, 结果见表 1。根据常规的焊接经验, 采用焊接材
7、料 CHW-S10/HJ250G 组合, 给定了线能量为33 k J/cm, 热处理温度为 5901015 h。CHW-S10/HJ250G 组合焊缝处的化学成分分析结果见表 2, 对焊接接头试板的冲击及弯曲试验检验结果如表 3表5。结果显示, 焊接材料 CHW-S10/HJ250 G 组合, 采用线能量为 33 k J/cm, 热处理温度为 5901 015 h。焊接试板的性能不理想, 特别是冲击功过低。表 1 焊丝 CHW-S10 的化学成分 (质量分数, %) Table 1 Chemical composition of wire CHW-S10 (Mass, %) 下载原表 表 2
8、CHW-S10/HJ250G 组合焊缝处的化学成分 (质量分数, %) Table 2 Chemical composition of combination welding of CHW-S10/HJ250G 下载原表 表 3 全焊缝金属 T/2 处冲击试验结果 Table 3 Impact test result at full welding metal T/2 下载原表 表 4 两组焊缝及热影响区的冲击试验 Table 4 Impact test at two groups of welding and heat-affected zone 下载原表 表 5 390 mm 厚焊接接头弯
9、曲试验 Table 5 Bending test of 390 mm thickness welded joint 下载原表 表 6 两组不同焊剂组合的焊缝金属力学性能 Table 6 Mechanical property of welding metal by two different groups of weld flux 下载原表 表 7 冲击试验结果 Table 7 Impact test result 下载原表 表 8 焊缝金属冲击试验结果 Table 8 Impact test result of welding metal 下载原表 表 9 390 mm 焊接接头 T/4 焊
10、缝位置的性能检验结果 Table 9 Performance test result at T/4welding position of 390 mm welded joint 下载原表 2.1.2 选用另外两种焊剂进行试验我们与焊材厂家进行了联系, 采用了对方推荐的另外两种焊剂, 在其余参数不变的情况下, 焊接了试板, 对全焊缝金属进行了试验。2.1.3 确定焊材及焊接工艺规范2.1.3. 1 确定焊材通过与之前的焊接材料的试验结果的对比, 性能结果更不理想, 因此不更改焊剂, 仍然采用 HJ250G。两组不同焊剂组合的焊缝金属力学性能见表 6。2.1.3. 2 焊接工艺规范及力学性能试验考
11、虑到焊丝中含有大量的 Ni 元素, 晶粒很容易长大, 因此我们决定通过控制焊接的线能量和焊接后的热处理规范来改善焊缝性能, 主要解决 0冲击问题。对采用线能量 30 k J/cm、热处理温度 5901015 h 的焊接试板进行解剖检验, 冲击试验结果见表 7。对采用线能量 28 k J/cm, 热处理工艺分别为 57015 h、59015 h、61015 h 的焊接试板进行试验, 冲击试验结果见表 8。图 1 390 mm 厚焊接接头全断面力学性能检测结果 Figure 1 Mechanical property test result of full section of 390 mm th
12、ickness welded joint 下载原图表 1 0 390 mm 焊接接头硬度试验结果 Table 10 Hardness test result of 390 mm welded joint 下载原表 表 1 1 焊缝的化学成分 (质量分数, %) Table 11 Chemical composition of welding (Mass, %) 下载原表 图 2 焊接接头硬度检测部位示意图 Figure 2 Schematic diagram of location for the hardness test of weld joint 下载原图表 1 2 冲击和弯曲试验结果
13、Table 12 Results of impact test and bending test 下载原表 图 3 500 mm 焊接接头全断面力学性能检验结果 Figure 3 Mechanical property test result of full section of 500 mm thickness welded joint 下载原图2.1.3. 3 检验结果确定根据上述结果, 考虑到钢板的回火温度以及各个温度的冲击值, 确定焊接材料为 CHW-S10/HJ250G, 线能量为 28 k J/cm, 热处理工艺为 57015 h, 在此条件下 390 mm 厚焊接试板的力学性能检
14、测结果见表 9, 均满足图样要求。按照 JB 47082000钢制压力容器焊接工艺评定, 对 390 mm 厚焊接接头全断面进行弯曲试验。焊接接头强度检测结果见图 1, 硬度检测位置如图 2 所示, 硬度试验见表 10。弯曲试验结果:无裂纹, 均合格。2.2 500 mm 20Mn Ni Mo 钢板埋弧焊焊接试验根据焊接 390 mm 试板的经验, 我们确定了焊接材质为 20Mn Ni Mo 的 500 mm 试板的焊接材料及焊接工艺规范, 焊接材料选为 CHW-S10/HJ250G, 控制线能量不得高于 28 k J/cm 的情况下焊接试板, 而后进行了 57015h 的热处理, 其焊缝化学
15、成分分析结果见表 11。500 mm 焊接接头力学性能检验结果见图 3。冲击和弯曲试验结果见表 12, 硬度试验结果见表 13。评定结果符合技术要求。3 模拟件的焊接虽然 500 mm 厚的焊接工艺试验能够保证焊缝的性能质量, 但鉴于主缸体的焊接厚度达到了 600 mm, 为保证焊接质量, 我们按 11 的比例制作了 3 件主缸体模拟件。对模拟件进行焊接试验。表 1 3 硬度试验结果 Table 13 Hardness test result 下载原表 为控制成本, 模拟件采用的材质为 16Mn 的钢板进行制作, 采用深坡口埋弧焊设备进行焊接。焊接前采用天然气进行150的预热, 焊接过程中及时
16、清渣, 观察焊道成型, 出现不良焊道及时处理, 保证焊接质量, 焊接过程中应随时用测温仪测量层间温度, 并监测预热温度, 保证温度一直150。焊接过程应连续进行, 如因故必须中断焊接过程, 需在预热温度下保温, 直到焊接工作重新开始。焊接工艺参数按照 500 mm 厚埋弧焊焊接工艺试验中的焊接规范参数执行。焊缝的 300 mm 厚度以上为超深坡口焊接位置, 后续焊缝为常规窄间隙焊缝, 因此在焊接了 350 mm 后, 即停止焊接, 立即进行 (300350) 2 h 消应处理, 待温度降低到常温, 24 h 后, 从钢板侧面进行 100%UT, JB/T4730.32005承压设备无损检测级合格检测技术等级 B 级的探伤, 探伤结果合格。通过焊接模拟件, 总结出避免焊缝未熔合等缺陷的办法, 总结了新焊接设备的操作经验, 对焊缝的收缩量有了一定认识, 并且制定了合理的焊接坡口
