15mnvr中厚板蒸汽蓄熱器本體焊接工藝研究

15mnvr中厚板蒸汽蓄熱器本體焊接工藝研究

蒸汽蓄熱器是一種新型的節(jié)能裝置。這是一種以水為載熱為主體的間接蓄能器。當蒸汽負荷發(fā)生很大變化時，需要穩(wěn)定的壓力時。結(jié)構(gòu)如圖1所示。蒸汽蓄熱器被廣泛用于石油、化工、造紙、紡織、釀造、卷煙、火力發(fā)電及供熱等行業(yè),特別是主體材料為15MnVR,厚度為4mm的蒸汽蓄熱器應(yīng)用更為廣泛,其制造以前主要采用焊條電弧焊封底,埋弧焊蓋面的焊接工藝,這種焊接工藝方便易行、成本低,能夠滿足部分行業(yè)的需要,但是存在效率低,焊后產(chǎn)生氣孔、夾渣以及裂紋難以控制等缺點。為此,筆者提出了一種新的焊接工藝,能夠彌補上述焊接工藝的不足。115細化焊接工藝及參數(shù)的選擇15MnVR屬于低合金高強度鋼,是在16Mn的基礎(chǔ)上加入質(zhì)量分數(shù)為0.06%～0.12%的V,以使其晶粒細化,并形成起強化作用的碳化釩,提高鋼的強度。其碳當量較小,淬硬傾向不大,焊接性較好,中厚板焊接時需預(yù)熱100～150℃,冷裂可能性很小。焊接時,如果操作不當會產(chǎn)生氣孔、夾渣以及熱裂紋,因此,焊接工藝及參數(shù)的選擇非常重要。15MnVR有回火脆性,焊后應(yīng)進行消除應(yīng)力處理。2焊接試驗和焊接工藝的評估2.1縫、焊接設(shè)備根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點,決定對蒸汽蓄熱器的主體焊縫,例如平板拼接焊縫、筒體縱焊縫和環(huán)焊縫采用單面焊雙面成型埋弧焊,焊接設(shè)備為均勻調(diào)節(jié)式NZA-1000型埋弧焊機。對不能采用埋弧焊的短焊縫采用焊條電弧焊,焊接設(shè)備為AX1-500弧焊整流器。埋弧焊的焊接質(zhì)量好,填充量大,焊接效率高。而焊條電弧焊的電弧熱量集中,適應(yīng)性好,有利于全位焊。2.2開坡口的種類開坡口可保證電弧能深入到焊縫根部使其焊透,在獲得良好焊縫成型的同時便于清渣。對于合金鋼,開坡口還能起到調(diào)節(jié)母材金屬和填充金屬比例的作用。蒸汽蓄熱器本體采用如圖2所示的帶鈍邊的V形坡口形式。留有鈍邊主要是為了防止燒穿,采用V形坡口主要是為了加工方便。2.3焊接接頭的加工15MnVR屬于低合金高強度鋼,根據(jù)等強度原則,埋弧焊焊絲選用H10MnSi,焊劑選用HJ350,以增加焊縫金屬的合金元素,同時使氣孔、裂紋傾向減小,保證焊接接頭的質(zhì)量。焊條電弧焊應(yīng)采用J557焊條,在保證強度的條件下盡可能減小氣孔、裂紋等的危害。2.4焊接工藝參數(shù)經(jīng)過多次試驗確定的焊接工藝參數(shù)見表1。2.5引弧板和熄弧板試板的安裝埋弧焊單塊試板的尺寸為700mm×150mm×10mm,在試板兩側(cè)加焊引弧板和熄弧板。焊條電弧焊單塊試板尺寸為400mm×150mm×10mm,按圖3所示平板拼接方式和表1焊接工藝參數(shù)在試板上進行焊接試驗,并制成試樣。2.6沖擊韌性及接頭硬度試驗結(jié)果室溫拉伸試驗測得焊接接頭抗拉強度為550～670MPa。沖擊試驗的試樣尺寸為55mm×10mm×10mm,開V形缺口,常溫下焊縫沖擊韌性的平均值為123J/cm2,熔合線附近焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性平均值為121J/cm2。焊接接頭硬度試驗的平均值為189Hv,熔合線附近焊接熱影響區(qū)硬度試驗的平均值為197Hv。焊后對縱焊縫和環(huán)焊縫進行了100%射線檢測,未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣及裂紋等缺陷,符合JB/T4730.1～4730.6—2005《承壓設(shè)備無損檢測》Ⅱ級合格標準。以上各項性能指標均符合JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》的要求,因而該工藝評定合格。3焊接工藝3.1焊絲焊前清除坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)水分、油污和鐵銹等有害雜質(zhì),清除焊絲表面的水分、油污和銹斑,檢查焊絲不得有折彎。焊條經(jīng)350～400℃烘焙1～2h后保溫,隨用隨取,焊劑需經(jīng)450℃烘干并保證粒度均勻適宜。焊道兩端加80mm×80mm的引弧板的引出板,材質(zhì)與厚度均與筒體相同。3.2預(yù)熱冷卻焊前將坡口兩側(cè)各100～200mm范圍內(nèi)的母材預(yù)熱到100～150℃,以降低焊后冷卻速度,減小淬硬傾向及焊接殘余應(yīng)力,防止冷裂紋的產(chǎn)生。3.3工藝參數(shù)焊接參數(shù)與工藝評定的參數(shù)相同,采用多層多道焊,層間溫度控制在100～150℃,并注意焊道間熔渣的清除。第1道焊縫的焊接電流應(yīng)比表1所示的數(shù)據(jù)小10%左右,其它工藝參數(shù)與表1相同。每焊完一道焊縫要進行檢查,若發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時修復(fù)。采用內(nèi)焊法在工作臺上進行筒體縱焊縫的焊接(圖4),這樣易將焊劑襯墊墊緊。焊接環(huán)焊縫時,必須注意在焊縫背面均勻襯墊焊劑并防止變形,這是保證單面焊雙面成型的關(guān)鍵。為此,筆者采用如圖5所示的裝置進行蒸汽蓄熱器本體環(huán)焊縫焊接。對不能采用埋弧焊的短焊縫,須采用焊條電弧焊,其工藝參數(shù)見表1。3.4焊縫外觀檢驗焊后進行消除應(yīng)力熱處理,溫度控制在500～650℃,保溫1～2h。焊后按技術(shù)要求對焊縫外觀進行檢驗,結(jié)果合格。對縱焊縫和環(huán)焊縫進行100%射線檢測,未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷,符合文獻Ⅱ級合