《大 坡 口 悬 空 埋 弧 焊 工 艺.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大 坡 口 悬 空 埋 弧 焊 工 艺.doc（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大 坡 口 悬 空 埋 弧 焊 工 艺摘要：以16MnR为对象，分析了悬空埋弧焊的工艺特点，制定了大坡口悬空双面埋弧焊工艺。通过工艺性试验和生产应用，确定了用于不同厚度低合金钢板材及其钛/钢复合板基层的焊接工艺参数，结果表明：该工艺能满足压力容器生产的要求，有利于提高焊接质量，降低劳动强度，提高生产效率。关键词：大坡口 双面悬空埋弧焊 焊接工艺0 前言对于压力容器钢（碳钢、低合金钢）或钛/钢复合板筒体，施焊其纵、环焊缝时，埋弧焊无疑是一种优质、高效、劳动条件好、焊后处理简单的焊接方法。悬空埋弧焊由于辅助装备少、工序简单而成为焊接结构、容器制造中常用于8以上厚度筒体长焊缝焊接的主要工艺。现用悬空
2、焊工艺主要有两种：（1）直接大线能量双面悬空埋弧焊工艺：焊接热输入大，焊缝表面质量较差，接头韧性明显降低，对焊机性能要求高；（2）背面清根双面悬空埋弧焊工艺：背面清根，增加了工作量，使工作条件恶化，易造成夹渣或清渣困难，因而影响工作效率和接头质量。有必要寻找一种新的悬空埋弧焊工艺。1 悬空埋弧焊工艺分析悬空埋弧焊是一种不用任何衬托和辅助设备、装置的埋弧焊工艺方法，埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强，在无任何衬托和辅助装置情况下，易造成焊穿或液态金属流失；为防止焊穿，减小正面第一层焊接电流，造成第一层厚度减薄，在施焊背面第一层时，焊接电流受正面第一层厚度限制而无法增大，不能保证接头熔透
3、，出现连续性中心未焊透、大气孔。其次，为排除未焊透、气孔等缺陷，须通过提高电弧穿透力来增加焊缝熔深，必须增加焊接电流，焊接电流增大时：一方面，若坡口较窄，限制了熔池扩展，熔池深度增加，电弧搅拌作用增强，熔渣卷入熔池不易上浮，同时，熔融金属过热，熔渣高温时间长，金属、渣界面处渣中阴离子长大，使熔渣质点移动困难，粘度增大，进一步阻碍了渣的浮出，渣与界面金属紧密结合，造成脱渣困难和夹渣；另一方面，电弧搅拌作用增强，熔渣高温存在时间长，强制冷却成型作用弱化，焊缝表面成型粗糙；尤其环缝焊接时，熔池运动结晶，焊缝尺寸更难控制，造成成型不良；其三焊丝熔化量增大，造成余高过高；同时，焊接大线能量条件下，焊缝、
4、热影响区组织晶粒严重长大，使接头性能，尤其是韧性受到显著影响。如此，要改善悬空埋弧焊工艺应注意以下几方面问题：（1）降低每层热输入，保证接头性能。（2）保证焊透，防止焊穿、气孔、裂纹等缺陷产生；（3）改善表面成型，降低余高，提高焊缝表面质量；（4）背面不清根，减少层间清渣、打磨量，降低劳动强度，减少污染。考虑采用大坡口小钝边双面悬空埋弧焊工艺。2 焊接工艺2.1 焊接工艺方法采用大坡口,小钝边双面悬空埋弧焊工艺方法，直流反接。2.2 母材以厚度8、10、12、14、16、18、20、22等常用于压力容器的16MnR试板、筒体及其钛钢复合板筒体焊缝焊接作为跟踪考察对象，进行工艺试验和参数优化。2
5、.3 坡口加工机械加工方法进行试板或产品纵、环焊缝坡口加工,钛钢复合板焊缝复层一侧应保证一定的剔边宽度，根据工件厚度,其接头坡口型式如图1所示:(a) H=8、10；(b) H=12、14、16；(c) H=18、20、22图 1接头坡口型式2.4 焊接材料选用H10Mn2焊丝配HJ431焊剂, 焊丝直径3.24,焊剂焊前经250,2小时烘干。其化学成分如表1：2.5 焊接工艺参数开坡口工件焊接线能量相应不开坡口情况要小。第一层焊接电流选择应防止焊穿，即保证一定电流值，以保证熔化50%以上钝边；背面第一层表1焊接材料化学成分（）焊材型号 化学成分H10Mn2 Fe C Mn Si P S Cu
6、 Ni Cr余量 0.12 1.50-1.90 0.07 0.035 0.035 0.020 0.30 0.20HJ431 SiO2 MnO CaF2 MgO CaO Al2O3 FeO P S H2O 其它40-44 34-38 3-7 5-8 6 4 1.8 0.080 0.060 0.1 0.3焊接时，焊接电流在防止焊穿的情况下尽可能大，以保证熔深，从而排除未焊透和气孔缺陷；其它道次焊接采用中等电流多层(道)次焊接。参数选择上应注意焊接电流(I)、电压（U）、和速度（V）匹配，其焊接工艺参数如表2：2.6 接头组对及焊前准备组对前，将坡口两侧各30范围内钢表面锈皮打磨处理直至露出金属光泽
7、。接头组对应保证错边量尽可能小，最大不超过1,间隙小于0.5；对错边量和间隙较大的接头部分，选用经350,2小时烘干的E5015焊条进行打底焊。从埋弧焊施焊第一层背面进行点固和打底焊，打底金属厚度视间隙大小而定。焊前，接头区域用高压风吹除灰尘，适当方法清除焊接区水分和油污；焊丝伸出长度2530，始终保持焊丝与接头中心垂直,施焊环缝时根据筒体直径及参数，焊丝沿焊接反方向偏移40100的偏移量。3 试验及应用结果分析利用以上试验参数进行埋弧焊试板及产品焊接。外观检查：焊缝表面成型良好，表面光亮均匀，无表面气孔、咬边等缺陷，焊缝尺寸能满足工艺、标准要求；RT射线检测：焊缝洁净，黑度均匀，纵缝一次合格
8、率达99%，环缝一次合格率达到95%，合格焊缝均为一级片，不合格焊缝，焊接缺陷一般为中心未焊透、气孔，且缺陷明显；接头弯曲试验（=180o，D=4t）试样全部合格，且多层焊接头弯曲试样侧面焊缝层次清晰，中间有细晶层；拉伸及焊缝冲击韧性试验结果如表3：3.1 大坡口悬空埋弧焊有利于提高接头质量大坡口悬空埋弧焊采用机加工制备坡口，坡口、钝边平整，洁净。组对前，坡口两侧各30范围内钢面氧化皮打磨清理干净，焊前将坡口内水分、油污等杂质清理干净，保证了焊接区内无污物存在，排除了气孔来源。坡口、钝边规则平整，间隙、错边量易于控制，间隙能控制在0.5，错变量能控制在1.0，以保证接头中心母材金属厚度均匀性和
9、间隙均匀性， 提高接头组对质量，有利于焊接过程中参数稳定。大坡口存在，一方面，保障电弧自由扩散，焊接层厚度减薄，有利于焊缝中气体和熔渣上浮；为熔化焊丝提供了去处，有利于降低焊缝余高；另一方面，电弧拘束度降低，焊穿的几率降低，焊接电弧能顺利达到坡口根部，随钝边减小，增大了一次焊透率，有利于焊接质量和效率的提高。钝边尺寸减小，单层焊接热输入减小，熔渣冷却加快，脱渣容易，熔渣强制成形作用凸现，焊缝成型优异。同时焊接参数的减小，熔宽、余高相应降低，减小钛复层的剔边宽度及焊接热输入对复层性能的影响。3.2 接头性能分析不同板厚的强度、弯曲试验结果，拉伸试样均从焊缝韧断，H10Mn2/HJ431所焊接头拉
10、伸强度全部合格，高于16MnR材料要求的最低抗拉强表2 大坡口双面悬空埋弧焊工艺参数焊件厚度 试件 焊丝直径 焊接 焊接电流 焊接电压 焊接速度 备注 编号 顺序 (A) (V) (m/h)8 1 3.2 正 350-450 3335 25.0反 420-520 3537 25.010 2 3.2 正 420-530 3436 25.0反 500-600 3638 25.012 3 4.0 正 480-580 3537 25.0反 600-700 3739 25.714 41 3.0 正 530550 3739 19.4 H08A/HJ431反 700720 3840 25.7 H08A/HJ
11、43142 3.0 正 550-600 3537 23.0 H08A/HJ431反 650-700 3840 23.0 H08A/HJ43143 4.0 正 500-600 3638 24.0反 630-730 3941 24.016 5 4.0 正 600-700 3739 24.0反 750-800 3941 26.518 61 4.0 正 730-750 3840 25.7 试板1反 950-1000 4143 25.062 4.0 正 610-720 3840 25.0 试板2反 780-880 3941 25.2反 600-700 3840 23.020 7 4.0 正 680-78
12、0 3941 25.0反1 810-920 3941 25.0反2 600-700 3840 23.022 8 4.0 正 680-780 3739 24.5反 1 830-930 3941 25.0反 2 700-800 3840 25.7表3 力学性能试验结果试件 拉伸试验 冲击试验Akv J(20)编号 试样编号 b(Mpa) 焊缝 平均值1 1-1 580 16 16 11 142 2-1 564 46 48 46 473 3-1 558 55 47 56 534-1 4-1-1 470 59 75 80 714-2 4-2-1 515 81 53 65 664-3 4-3-1 588
13、 80 86 87 845 5-1 565 58 42 41 476-1 6-1-1 550 30 28 32 306-2 6-2-1 580 55 57 59 577 7-1 570 54 46 54 518 8-1 545 56 58 77 64度490MPa；接头弯曲试样焊缝侧面层次清晰，中间焊道有明显的细晶层，弯曲试样全部合格，表明后焊道对前焊道具有较好的退火作用，接头具有较好的延性和致密性。随板厚增加，焊接层次增多，为保证焊透，相应增大焊接电流，焊接热输入增大，但电弧扩散，母材散热能力增强，焊接接头强度和弯曲性能并没有明显差别，因此，焊接热输入对接头强度和延性影响并不明显。焊材对接头
14、性能影响较为明显：表2中1416MnR板材采用H08A/HJ431焊接材料焊接的接头强度明显低于H10Mn2/HJ431所焊接头强度，但韧性和塑性并无太大差别，说明工件开大坡口，根据熔合比=Fm/(Fm+FH)（熔合比，Fm母材金属在焊缝截面中所占比例,FH填充金属在焊缝横截面中所占比例）1， 随坡口角度增大，钝边减小，母材熔入焊缝金属的面积减少，填充金属熔入量增大，即焊缝的熔合比降低。此时，焊缝的化学成分主要由填充金属决定，进而决定了接头的性能。H08A焊丝中合金元素含量低，H08A/HJ431焊接材料焊接时合金元素过渡不足，造成接头强度显著降低；采用H10Mn2/HJ431保证了Mn、Si
15、的有效过渡，提高焊缝的脱氧能力，保证了接头的强度。焊缝韧性方面，埋弧焊焊缝冲击韧性均较低，但高于标准要求，满足使用要求。同一规格，随焊接层次的减少，焊接热输入增大，焊缝和热影响区晶粒粗大，焊缝冲击韧性降低。从18厚16MnR试板性能试验结果看：试板1钝边为8，正反各焊一遍，试板2钝边为56，正面焊一遍，背面焊两遍，试板1焊缝冲击韧性明显低于试板2，说明多层焊时，单层焊接热输入降低，且后焊道的退火作用，焊缝晶粒细化，焊缝冲击韧性提高。3.3 有利于改善工作环境，降低劳动强度大坡口双面悬空埋弧焊工艺，关键在正面第一层及背面第一层焊接电流的选择，如果焊接电流选择合适，焊接接头组对良好，焊接过程中利用埋弧焊大电流，熔池存在时间长,焊接适应性强的特点，焊接过程可实现不清根，不打磨。从而减少
