BHW35厚壁熱成形封頭焊縫性能的恢復

文/岳曉露，雷玉川·河南神州重型封頭有限公司

BHW35厚壁熱成形封頭焊縫性能的恢復

文/岳曉露，雷玉川·河南神州重型封頭有限公司

隨著裝備制造業的發展，大型厚壁封頭多采用先拼接后熱壓成形，焊縫在成形過程中經過高于轉變溫度的加熱，強度下降，需要通過調整熱處理工藝來達到焊縫的性能要求，同時在焊材選擇上應該考慮產品熱處理對焊縫力學性能的影響。

2012年我公司承接一批SR2050×58mm材質BHW35球形封頭制作任務，數量4件。由客戶焊接后運至我公司進行壓制。整體熱壓成形后，按用戶提供熱處理工藝進行性能恢復熱處理，隨后對隨爐焊接試板進行力學性能檢測。力學性能試驗結果顯示抗拉強度不合格。

材料簡介

德國的BHW35鋼，相當于國產13MnNiMoR，中低溫壓力容器用鋼板，廣泛應用于石油、化工、電站、鍋爐等行業，用于制作反應器、換熱器、分離器、球罐、油氣罐、液化氣罐、核能反應堆壓力殼、鍋爐汽包、液化石油氣瓶、水電站高壓水管、水輪渦殼等設備及構件。一般在正火加高溫回火狀態下使用，組織為回火貝氏體加鐵素體。表1為此次所用母材化學成分。

封頭成形過程

用戶產品焊接焊材選用：H08Mn2MoA （φ4），SJ101，J607，封頭經過950～1000℃，加熱成形后，產品成形良好，經過正火（910～940℃）+回火（620～650℃）處理后，對隨爐試板進行檢驗，結果見表2。

表1 母材化學成分

表2 力學性能試驗結果

從以上結果可以看出，產品焊接試板的抗拉強度遠低于575～735MPa的標準規定值。

原因分析

對于以上的不合格報告，我公司使用母材試板、焊接試板進行了一系列的模擬試驗，并對相應的試板做力學性能試驗，從中查找造成該種結果的真正原因。

⑴原材料進行復驗：原材料的抗拉強度實測平均值為723MPa，首先排除原材料不合格的原因。

⑵焊態試板復驗：使用客戶提供的原焊材，重新焊接試板，共焊接4副，對其中一副焊態試板進行復驗，抗拉強度平均值為685MPa。

⑶熱處理后的試板復驗：對剩余的3副焊接試板，模擬封頭沖壓加熱、正火、回火，復驗結果見表3。

⑷重新選擇焊絲：使用H08Mn2NiMoA焊接試板4副，對其中的1副進行焊態復驗，抗拉強度平均值為730MPa。對另外3副試板重復封頭制作及熱處理工藝，復驗結果見表4。

從以上一系列的試板復驗來看，造成焊縫強度低的主要原因是，經過高溫熱處理后的焊縫強度均低于焊態的焊縫強度。焊材選擇強度級別偏低，沒有考慮到沖壓加熱及熱處理對強度的損失。

表3 力學性能試驗結果

表4 H08Mn2NiMoA力學性能試驗結果

表5 力學性能試驗結果

表6 封頭取樣復驗結果

模擬試驗

因焊縫強度低于標準要求，按正常程序恢復焊縫性能需客戶將焊縫全部去除，采用手工焊接方式重新進行預熱、焊接和焊后熱處理，焊接任務量很大、工期長且焊接變形不易控制，為了保證產品性能合格，我公司嘗試通過改變熱處理工藝恢復焊縫力學性能合格，制定了如下模擬試驗方案。

⑴選用與產品同樣的焊材及相同的焊接工藝焊接產品板，試板經過950～1000℃沖壓加熱模擬熱處理過程。

⑵焊接試板進行正火（加速冷卻）+回火（620～650℃）處理。

⑶對焊接試板進行力學性能檢驗。

經過模擬試驗以后，焊接試板力學性能見表5。

從以上結果可以看出，正火（加速冷卻）起到了細化晶粒的作用，提高了珠光體的彌散度和偽共析體的數量，減少了鐵素體來提高強度，同時改善了韌性可以恢復焊縫性能。

經過對產品進行正火（加速冷卻）+回火（620～650℃）處理，在封頭開孔部位取樣進行復驗，復驗結果見表6。結果顯示，封頭力學性能試驗完全符合標準規定。產品與設備焊接后，運行良好，滿足使用要求。

結束語

⑴熱成形封頭焊縫焊材選擇應考慮，材料與焊縫強度的損失，選用強度高于筒體的焊材，保證產品性能。

⑵該材料可以通過正火（加速冷卻）+回火熱處理，改善和恢復材料及焊縫的力學性能。

⑶拼接后熱成形封頭的焊接工藝評定應與封頭加熱及熱處理過程一致，所以，整個過程需正確選用焊材與焊接參數。