熔化極氣體保護堆焊焊新工藝的研究及應(yīng)用論文

1、熔化極氣體保護堆焊工藝的研究及應(yīng)用 一、前言在用化工容器，由于生產(chǎn)條件苛刻或操作波動等諸多原因，使得（碳鋼或低合金鋼）容器腐蝕嚴重，危及生產(chǎn)安全。為節(jié)約成本，滿足生產(chǎn)需求，常常需要在短暫的停工檢修期間進行大面積的內(nèi)壁堆焊。其常用的方法為手工電弧焊。目前,沿用至今的這種工藝，生產(chǎn)效率低、勞動強度大，成本高且熔敷金屬堆焊層組織性能不均勻。其抗裂性、耐蝕性、耐磨性能下降且熱輸入量大，產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力或變形。 本課題擬采用半自動熔化極氣體保護堆焊，用這種新的堆焊工藝來解決上述問題。這種新的堆焊方法及工藝，其最大的特點是：生產(chǎn)效率高，成本低，其工藝性能、冶金性能及堆焊層的抗裂性、耐蝕性均優(yōu)于傳統(tǒng)的手工電

2、弧堆焊。尤其適用于現(xiàn)場檢修期間短、工期緊和質(zhì)量要求高場合，其市場前景廣闊，經(jīng)濟效益和社會效益大大提高。我們根據(jù)2002年最新頒布的加工高硫原油重點裝置主要設(shè)備設(shè)計選材導(dǎo)則對煉油廠現(xiàn)有生產(chǎn)裝置內(nèi)需采用襯里以達到耐腐蝕效果的設(shè)備做了一下統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)加工高硫低酸原油的裝置約有12處，加工高硫高酸原油的裝置約有33處需選擇復(fù)合材料，說明在役設(shè)備停工檢修時需進行堆焊處理的場合還是較多的。依據(jù)以上原因，我們決定進行試驗研究比較CO2氣體保護堆焊的可行性。二、試驗1、焊材選用煉油廠現(xiàn)有生產(chǎn)裝置內(nèi)加工的是高硫低酸原油，晶間腐蝕現(xiàn)象比較普遍，需要選擇耐晶間腐蝕的焊材，焊材中除了含有Cr、Ni之外，應(yīng)該還含有一定量

3、的Ti或Nb這些穩(wěn)定化元素，以保證焊縫的耐蝕性。同時從經(jīng)濟角度考慮，因此，手工電弧焊我們選用的過渡層A302，蓋面層A132，而CO2氣體保護焊過渡層TFW-309L ，蓋面層TFW-347L 。2、焊接工藝參數(shù)和焊接效率及成本比較我們擬在兩塊規(guī)格為300x150x12的16MnR鋼板表面采用兩種焊接方法進行堆焊，記錄具體參數(shù)如下：焊接 方法焊接 材料焊接 層數(shù)焊接 電流A焊接 電壓V焊接 速度mm/min焊接線能量KJ/cmCO2流量L/minSMAWA302A1321-311022-242357970GMAWTFW-309LTFW-347L1-212019-22240504014焊接 方法

4、焊肉高度mm焊縫寬度mm用時h焊材用量Kg焊材成本元總消耗成本SMAW8.51503.127.5435480GMAW81501.672.5250260由上表可以看出： （1）生產(chǎn)效率: 在兩塊規(guī)格為300x150x12的16MnR鋼板表面分別堆焊約8mm厚的焊肉，SMAW耗時3.12小時，GMAW耗時1.67小時。后者的效率是前者的近兩倍。（2）消耗的總成本：手工電弧焊耗材7.5公斤，不銹鋼焊條的市場價格為55元/公斤，耗費435元；二氧化碳氣體保護焊耗材2.5公斤，藥芯焊絲的市場價格為120元/公斤，耗費250元。 （3）效率及成本差別原因分析 （a）手工電弧焊飛濺很大，對焊縫表面及周圍均需

5、清理，采用藥芯焊絲，其藥皮中的穩(wěn)弧劑保證電弧穩(wěn)定燃燒，幾乎沒有飛濺，接頭區(qū)干凈。這樣手工電弧焊耗時和成本都會相應(yīng)增加。（b）CO2氣體保護堆焊，可連續(xù)的自動化或半自動化焊接，可以得到2-7kg/h的熔敷率，無需更換焊條，大大節(jié)約了引弧和收弧，敲藥皮等輔助時間，其生產(chǎn)效率明顯提高。（c）因為手工電弧焊焊后每道平行焊縫的搭界處不能圓滑過渡，焊縫表面凹凸不平，比較粗糙， CO2氣體保護焊焊后每道焊縫較寬，沒有明顯的凸出，波紋平滑，成形美觀。其線能量比手工電弧焊小，焊后變形量也比手工電弧焊小，當(dāng)設(shè)計計算耐蝕厚度要求為8mm時，手工電弧焊要比CO2氣體保護焊多2-3mm，才能保證加工后達到耐蝕厚度的要求

6、。同樣手工電弧焊耗時和成本都會相應(yīng)增加。三、性能試驗1、彎曲試驗根據(jù)JB4708-2000鋼制壓力容器焊接工藝評定的規(guī)定，在兩塊焊件上各截取四塊300x150x10大小的試樣進行橫向側(cè)彎，彎曲角度1800，彎心直徑40mm，試樣彎曲到規(guī)定的角度后，八個試樣的受拉面基層與堆焊層熔合處沒有分層現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)其他缺陷，合格。2、晶間腐蝕試驗依據(jù)GB/T4334.5-2000不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法之規(guī)定，在兩塊堆焊件的堆焊層上各截取兩件80x20x3試樣，加工達到一定的精度要求后，放入預(yù)先配制好的硫酸-硫酸銅溶液中加熱，使之保持微沸狀態(tài)，試驗連續(xù)16h，取出后彎曲1800，在10倍放大鏡下觀察

7、受拉面無因晶間腐蝕而產(chǎn)生的裂紋。3、耐蝕層化學(xué)成分分析從堆焊表面約2mm深的側(cè)面水平鉆孔采取屑片進行分析，所得數(shù)據(jù)如下表:化學(xué)元素含量(%)測定部位CMnSPSiCrNiMoCuNNbA3020.062.020.0060.0250.4620.979.530.050.54TFW347L0.0271.60.0060.0270.4319.210.60.150.150.0240.547上表數(shù)值與原質(zhì)量證明書對比，焊后熔敷金屬中的合金元素含量并未因焊接熱循環(huán)的作用而有大量損耗。三、顯微組織系列試驗所焊試件送南京理工大進行了顯微金相組織觀察、掃描電鏡、能譜分析、顯微硬度測定等試驗，具體數(shù)據(jù)如下：1、手工焊

8、各區(qū)相對位置及金相組織檢索：觀察部位組 織圖 號第一層焊縫，1第二層焊縫，2兩層焊縫交界，3母材與第一層焊縫交界粒狀貝氏體4手工焊各區(qū)金相組織圖片： 圖1 第一層焊縫 圖2 第二層焊縫 圖3 兩層焊縫交界 圖4 母材與第一層焊縫交界2自動焊各區(qū)相對位置及金相組織檢索：觀察部位組 織圖 號第一層焊縫，5第二層焊縫，6兩層焊縫交界，7母材與第一層焊縫交界粒狀貝氏體8自動焊各區(qū)金相組織圖片： 圖5 第一層焊縫 圖6 第二層焊縫 圖7 兩層焊縫交界 圖8 母材與第一層焊縫交界3掃描電鏡觀察：手工焊與自動焊焊接接頭掃描： 圖5 手工焊焊接接頭 圖6 自動焊焊接接頭4能譜成分掃描：1）手工焊：圖2 焊縫、

9、熔合區(qū)、母材能譜成分掃描2）自動焊： 圖3 焊縫、熔合區(qū)、母材能譜成分掃描 注：距離單位m。5、顯微硬度 自動焊：焊縫 214 HV0.5 （500g/10秒）； 熔合區(qū) 255HV0.05手工焊：焊縫 223 HV0.5 （500g/10秒）； 熔合區(qū) 295HV0.05七 檢測結(jié)論：1） 兩種接頭結(jié)合均良好，無氣孔、夾雜、裂紋等缺陷。兩種方法的兩層焊縫組織相同。2） 分掃描曲線顯示：在焊縫邊界存在明顯的成分梯度變化，表明為異種鋼接頭焊接。3） 手工焊熔合區(qū)寬度由25m 到75m不等。自動焊熔合區(qū)寬度約為25m左右。4） 手工焊熱影響區(qū)中間組織較自動焊多。5） 焊縫間成分分布均勻。6） 顯微

10、硬度顯示：自動焊接頭較手工焊接頭硬度略低。7） 比照兩種接頭母材與焊縫結(jié)合部可知：手工焊接頭凝固過渡層的化學(xué)不均勻性比自動焊接頭嚴重。說明手工焊熔合比和稀釋率高，液體金屬流動性差，焊縫金屬與母材金屬不容易充分混合，冷卻后就形成硬度偏高的馬氏體組織，其塑性相對來講較差。八、小型試驗?zāi)M運行后試驗兩塊試件模擬現(xiàn)場情況運行一個周期后取出再次進行顯微硬度測定及金相法、彎曲法分析其缺陷情況1、顯微硬度 CO2氣體保護焊：焊縫 253 HV0.5 （500g/10秒）； 熔合區(qū) 255HV0.05手工電弧焊：焊縫 276 HV0.5 （500g/10秒）； 熔合區(qū) 305HV0.052、彎曲試驗及晶間腐蝕試驗試驗方法同上，結(jié)果均合格3、面掃描成分圖：手工焊面與自動焊面掃描對照：（左側(cè)為手工焊，右側(cè)為CO2氣體保護焊） 面掃描部位 碳面掃描1000X Cr