烏順平 李權(quán)柄 欽軍偉

摘要： 通過對(duì)低合金鋼管板帶極堆焊工藝的研究，獲得了過渡層焊接材料和各堆焊層的工藝規(guī)范，控制了鐵素體的含量及減小了過渡層稀釋率，保證了高質(zhì)量的堆焊層。

關(guān)鍵詞： 管板帶極堆焊；過渡層；稀釋率

中圖分類號(hào)： TG455

Abstract： According to the technology research of low alloy steel tube sheet welding by surfacing welding with strip electrode， the process parameter for the welding transition layer and surfacing layers were obtained. Therefore， it is controllable for the content of ferrite and the dilution rate of transition layer， which ensure the high quality of surfacing layer.

Key words： tube and plate strip surfacing；transition layer；dilution rate

1.2 管板堆焊層性能要求

要求管板堆焊層具有良好的抗剝離性能和耐蝕性能，表面以下2 mm范圍內(nèi)堆焊金屬的化學(xué)成分應(yīng)符合表3。

為實(shí)現(xiàn)堆焊層性能要求需控制堆焊過渡層合金元素稀釋率和鐵素體含量。

基層母材和過渡層焊接工藝對(duì)過渡層合金元素的稀釋率直接影響著過渡層的化學(xué)成分，因此過渡層堆焊稀釋率是決定此工藝能否滿足性能要求的關(guān)鍵。堆焊層熔合比的大小對(duì)稀釋率的控制起決定性的作用，因此，需要通過堆焊試驗(yàn)來確定合理的工藝規(guī)范，對(duì)稀釋率加以控制。

為保證堆焊過渡層良好的抗裂性和塑韌性以及堆焊面層的耐蝕性，鐵素體含量應(yīng)控制在5%～12%之間。因δ-鐵素體在一定條件下會(huì)轉(zhuǎn)化成σ相而造成脆化，造成堆焊層層下開裂，同時(shí)會(huì)使耐蝕性能下降。堆焊材料的選擇和堆焊工藝參數(shù)的合理性則是直接影響鐵素體含量的重要因素。

2 堆焊工藝

2.1 堆焊前的準(zhǔn)備

厚度為40 mm 的20MnMo鍛件經(jīng)機(jī)加工后進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，不允許有任何裂紋、氣孔、夾雜等表面缺陷。同時(shí)對(duì)焊劑進(jìn)行300～350 ℃的烘干，保溫2 h，放置恒溫箱內(nèi)隨用隨取。

2.2 堆焊用焊接材料

2.2.1 堆焊焊帶的選擇

過渡層采用EQ309L焊帶，耐蝕面層采用EQ308L焊帶，耐蝕兩種焊帶標(biāo)準(zhǔn)的合金化學(xué)成分和試驗(yàn)的測(cè)量值見表4。

2.2.2 焊劑的選擇

過渡層選用燒結(jié)焊劑SJ303；面層選用燒結(jié)焊劑

2.3 堆焊工藝規(guī)范的選擇

影響堆焊層質(zhì)量的主要因素是焊接電流和電壓及焊接速度。過渡層堆焊電流過小或電壓過低，會(huì)使電弧燃燒不穩(wěn)定、焊道過窄等；電流過大或電壓過高，則會(huì)造成熔深過大，熔合比大，母材稀釋率高，影響堆焊層的耐蝕性，易導(dǎo)致堆焊層熔合區(qū)開裂。另外，適宜的焊接速度，對(duì)母材稀釋率和堆焊層鐵素體含量的控制也有重大的影響。綜合考慮以上因素并多次試驗(yàn)，過渡層帯極埋弧堆焊的工藝參數(shù)見表5。

2.4 堆焊

2.4.1 過渡層的堆焊

按照NB/T 47015—2011《壓力容器焊接規(guī)程》[5]，20MnMo鍛件預(yù)熱溫度選用150～200 ℃，加熱用氧乙炔火焰加熱，遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)定，達(dá)到預(yù)熱溫度時(shí)，開始堆焊。

用EQ309L焊材和SJ303焊劑堆焊過渡層至3～35 mm，并注意控制各焊道之間的搭接量。

堆焊后對(duì)鍛件進(jìn)行200～250 ℃后熱1 h，并用保溫棉覆蓋完整進(jìn)行緩冷。冷卻至室溫后采用對(duì)堆焊層進(jìn)行無損檢測(cè)，具體如下：

① 對(duì)堆焊表面按JB/T47305—2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)滲透檢測(cè)》進(jìn)行100% PT檢測(cè)，要求I級(jí)合格；② 基層與過渡層結(jié)合面按JB/T4730.3—2005進(jìn)行UT檢測(cè)，要求I級(jí)合格。

[JP3]對(duì)無損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行打磨進(jìn)而消除缺陷，PT檢查確認(rèn)缺陷去除后，按表6進(jìn)行焊條電弧焊堆焊，對(duì)于過渡層（熔合區(qū)和熱影響區(qū)）的缺陷在原預(yù)熱條件下進(jìn)行補(bǔ)焊，對(duì)于表層及淺表層缺陷的補(bǔ)焊可以不預(yù)熱。

2.4.2 蓋面層堆焊

堆焊前清除過渡層表面的殘留物、油污等污染物。為保證堆焊表面平整，帶極焊道間過渡完好，采用外加磁場(chǎng)的方法，合理布置磁極位置，選擇合適的激磁電流，分別調(diào)整兩個(gè)磁極的磁控電流。按表7給定的參數(shù)進(jìn)行蓋面層的帯極電渣堆焊。

堆焊后對(duì)過渡層和面層堆焊后熱處理采用540～600 ℃，保溫8 h進(jìn)行消應(yīng)力熱處理熱處理后按以下標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。

堆焊面按JB/T 4730.5—2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)滲透檢測(cè)》進(jìn)行100%PT檢測(cè)，I級(jí)合格。

對(duì)堆焊層按JB/T 4730.3—2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)超聲檢測(cè)》進(jìn)行100%UT檢測(cè)，I級(jí)合格。

2.5 焊后檢驗(yàn)

按NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》[6]加工試樣并進(jìn)行試驗(yàn)。

2.5.1 彎曲試驗(yàn)

在平行和垂直堆焊方向各切取2個(gè)試樣進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn)，按GB/T2653《焊接接頭彎曲試驗(yàn)方法》對(duì)試樣彎曲到180°進(jìn)行試驗(yàn)，在試樣拉伸面上的堆焊層內(nèi)不得有大于1.5 mm的任一開口缺陷，在熔合線內(nèi)不得有大于3.0 mm的任一開口缺陷。

2.5.2 堆焊層化學(xué)成分的測(cè)定

用機(jī)械方法清除焊態(tài)表層下2 mm，用光譜儀分別選擇三處進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表8，同時(shí)符合表3的化學(xué)成分要求。

2.5.3 堆焊層晶間腐蝕試驗(yàn)

按照GB/T 4334.5—2000《不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)法》進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，取2個(gè)試樣進(jìn)行彎曲，均無裂紋。

2.5.4 鐵素體含量的測(cè)定

在加工完成后對(duì)試樣表面分成4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域測(cè)一個(gè)點(diǎn)，用鐵素體測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)定，實(shí)測(cè)值為74%～8.3%，符合要求。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 焊接方式

某產(chǎn)品管板尺寸為2 180 mm×140 mm，按現(xiàn)有的焊接工藝評(píng)定規(guī)范對(duì)產(chǎn)品管板進(jìn)行帯極堆焊，過渡層采用帶極埋弧堆焊，面層采用帶極電渣堆焊，管板堆焊除過渡層有少量可接受的夾渣外，管板堆焊產(chǎn)品及見證件的無損檢查和性能試驗(yàn)全部滿足要求。

3.2 焊接變形控制

為防止管板旋轉(zhuǎn)堆焊造成鍋底變形，將管板裝夾在平臺(tái)上，采用直線方式堆焊，沿管板平面縱向從中間向兩側(cè)交替堆焊。為使焊接應(yīng)力和變形趨于均勻，第一、二層焊接方向互成90°。目前這種帶極埋弧堆焊加帶極電渣堆焊方法已在產(chǎn)品上成功應(yīng)用。

4 結(jié)論

（1）20MnMo鍛件管板采用60 mm寬帶極埋弧焊堆焊不銹鋼過渡層，采用60 mm寬帶極電渣焊堆焊耐蝕層的復(fù)合堆焊工藝是可行的，堆焊方法已在產(chǎn)品上[HT4]成功應(yīng)用。

（2）為防止管板旋轉(zhuǎn)堆焊造成鍋底變形，采用直線方式堆焊，沿管板平面縱向從中間向兩側(cè)交替堆焊，第一、二層焊接方向互成90°，保證了焊接變形滿足技術(shù)要求。

（3）堆焊后的破壞性檢驗(yàn)證明耐蝕層化學(xué)成分、鐵素體含量、晶間腐蝕以及彎曲性能滿足技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

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[6] 全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì).NB/T47015-2011壓力容器焊接規(guī)程 [S].北京：國家能源局，2011