15CrMo埋弧焊焊接工藝

王賢軍 唐照國 梁林姣

15CrMo埋弧焊焊接工藝

王賢軍 唐照國 梁林姣

選用適當的預熱方法和焊接參數，并控制好層間溫度、后熱溫度及焊后熱處理，對15CrMo進行了埋弧焊工藝評定試驗，評定結果合格，并依據合格的焊接工藝評定，編制了焊接工藝規程指導現場的生產。

我公司應用戶要求設計、制作了一臺合成氨設備，設備直徑為1 800mm，殼體厚度30mm，設計溫度為450℃，因設計溫度較高，故設計者選用了耐熱鋼15CrMoR作為該設備的主體材料。由于耐熱鋼中都加入了Cr和Mo，還有一些加入了V、Nb、W等元素，使得耐熱鋼的碳當量較低碳鋼提高了很多，導致鋼材的焊接性變差。因此，為制作好這臺設備，必須進行焊接工藝評定試驗，并編制出合理的焊接工藝，來保證焊接質量。

1. 15CrMo鋼的焊接性能

15CrMo鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強性（δb≥450MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。由于鋼中含有較高含量的Cr、C、Mo和其他合金元素，計算其碳當量（僅取下限）為0.44（所用試板15CrMo材料的碳當量為0.55），可見該鋼材碳當量較高，淬硬傾向較明顯，焊接性能比較差。由于采用埋弧焊時的熱輸入較大，所以焊接時需要采取適當的焊接工藝措施來保證焊接質量。

2. 焊接工藝評定試驗

（1）預熱裝置準備 對于試板的施焊，由于試板尺寸小，故用火焰加熱方便。圖1為火焰加熱裝置，多組噴火管分成兩排，這樣加熱時試板的溫度比較均勻（注意這個裝置噴火口只有絲網，沒有裝焊嘴，因此只能是單一的燃氣，不能同時通入O2）。

（2）焊前準備 用30mm厚的15CrMo鋼板制作兩塊試板，根據NB/T47014—2011的要求選定尺寸為400mm×125mm×30mm，切割方法采用火焰切割，坡口采用刨邊機加工，尺寸如圖2所示。

將試板的坡口表面及其兩側20mm范圍內均勻地打磨出金屬光澤，并對坡口進行表面檢測，坡口表面應無裂紋、無夾雜、無分層。

引弧板和引出板焊接在試板的兩端，采用R307焊條進行焊接，引出板的焊接可以不預熱，但焊縫應距離焊接坡口邊緣≥20mm，以免影響試板的焊接質量（見圖3）。

圖1 火焰加熱裝置

圖2 試板坡口

圖3 試板裝配

（3）焊接 埋弧焊焊絲選用H08CrMoA，配用焊劑為SJ101，焊劑使用前進行350℃

烘干。將預熱管點燃（不要直接用火柴或打火機點火，應用較長的木條或其他物件點火，以免被火燒傷）。加熱試板時應從小火加熱，逐漸加大火焰（尤其是用氧乙炔火焰加熱時，局部溫度過高可能會引起過熱，使得母材變脆），把試板加熱到150～200℃（試板正面溫度至少要加熱到170℃，局部最高溫度不要超過250℃）。達到預熱溫度后即可關火，準備焊接。

在引弧板上引弧并按預焊接工藝規程的規定調試焊接參數。焊接電弧穩定后再引入試板進行焊接。第一道焊縫焊完后，應測量試板溫度，測量溫度時在試板上選三處（畫三條線），每處測4個點（即焊縫中心點、熔合線、火焰加熱點、距火焰加熱點外側30mm處），所測溫度控制為150～250℃，方可進行下一道焊縫的焊接，否則不得繼續焊接。如中途遇到不得不停止焊接的情況，則采用保溫棉保溫，讓試板緩冷，保溫至少2h才可拆除保溫棉。

試板反面焊接前應進行碳弧氣刨清根，清根前試板的溫度也應保持在150～250℃之間，碳刨后應磨除滲碳層，使試板背面的碳刨槽露出金屬光澤。試板的溫度保持在150～250℃之間，方可繼續焊接。各道焊縫的焊接電流都不得過大（≤650A），每層焊縫的厚度不超過6mm，進行多層多道焊，焊接參數如表1所示。

試板焊接完成后用保溫棉進行保溫，并在保溫1h后進行測溫，測溫結果為試板最低溫度≥420℃，因此不加熱而繼續進行保溫。第二次保溫過0.5h后，再進行測溫，測溫結果為≥350℃，因此仍然可以不加熱而繼續進行保溫，第三次再過0.5h后進行測溫，測溫結果為≥300℃，試板溫度保持在300℃以上的總時間≥2h，可以達到消氫處理的效果，因而不需要再加熱保溫。如第二次、第三次測量的溫度未達要求時，則需要對試板再加熱。

（4）外觀和無損檢測 焊后進行外觀檢查，試板沒有咬邊、氣孔等表面缺陷，余高＜2mm，檢查結果合格。

由于15CrMo材料有延遲裂紋傾向，故在焊接完畢的24h以后才能進行射線檢測，檢測底片無裂紋及其他超標缺陷存在，檢測結果合格。

表1 焊接參數

（5）焊后熱處理 在外觀檢查和無損檢測合格后方可進行焊后熱處理，因為如果無損檢測不合格，很可能需要進行返修，返修后還需重新焊后熱處理。根據NB/T47015—2011標準的推薦溫度進行焊后熱處理（見圖4），注意進爐和出爐溫度均不得＞400℃，冷卻速度應按工藝要求控制，冷卻速度不得過快，否則容易產生再熱裂紋。

圖4 試板熱處理工藝

（6）力學性能檢測 按要求進行拉伸、側彎和夏比V型缺口沖擊試驗，其試樣尺寸及數量按NB/T47014—2011規定選取。試驗結果如表2所示。

進行沖擊試驗時應選取常溫進行沖擊，不要進行0℃及以下的溫度進行沖擊試驗，因為15CrMo是耐熱鋼，用于溫度較高的工況，不用于低溫工況。而15CrMo在≤0℃時很可能出現脆性轉變，為了驗證這一判定，比常規多選取了3個沖擊試樣進行0℃的沖擊試驗，試驗結果（見表3）表明0℃進行沖擊試驗比常溫進行的沖擊試驗的沖擊吸收能量低很多，甚至不合格。

3. 壓力容器的施焊

（1）預熱裝置的制作 由于壓力容器是圓筒形的，因此預熱裝置應分為縱縫和環縫用的裝置，縱縫用的和焊接工藝評定試板所用的一致，環縫所用的預熱裝置應按容器的圓筒設計為弧形。

（2）焊接預熱及焊接 焊接坡口及引出板和產品焊接試板

按照焊接工藝評定的要求進行加工、焊接。由于容器直徑較大，故縱、環縫均采用埋弧焊焊接。定位焊焊在容器外邊，可不進行預熱，但反面焊前，必須氣刨清根將定位焊縫去除。焊接焊縫時用預熱裝置在待焊區進行預熱，預熱過程中隨時用測溫儀測量加熱區，在加熱反面溫度達到150℃以上時關火停止預熱。焊接時過程注意測量電弧前方20cm范圍內的溫度變化，如所測鋼板表面溫度＜150℃，應停止焊接，重新加熱。預熱起焊處的，焊接起弧后，電弧熱對前方母材起到預熱作用，經測量，電弧前方20cm范圍內的母材都能保持在150℃以上，因此僅僅需要預熱起焊處即可。

表2 拉伸和彎曲性能試驗數據

表3 沖擊試驗數據

由于預熱溫度較高，容器內部溫度也比較高，因此起焊處預熱并能滿足要求時，焊接過程中最好關閉預熱裝置，以免容器內部太熱，影響焊工作業。焊接時按照已評定合格的焊接參數選取。整條焊縫焊完后，用保溫棉把焊縫的內外表面覆蓋，并定時進行測溫（20～30min測量一次溫度），2h內焊縫表面溫度應≥250℃，否則進行再加熱。

（3）焊后熱處理及產品試板力學性能檢測 按規定進行焊后熱處理，熱處理工藝應與焊接工藝評定時所進行的熱處理工藝一致。經檢驗產品焊接試板的力學性能均合格。

4. 結語

按照上述方法進行氨合成容器的焊接，不僅焊接效率較高，而且焊接外觀和接頭性能都符合要求。經用戶反饋，該容器在高溫環境下工作，承壓狀況穩定，體現出耐熱鋼的優勢，目前運行良好。

[1] 焊接手冊(第二卷)：材料的焊接[M].北京：機械工業出版社，2010.

FANUC亮相AMTS2015上海汽車裝備展

2015年8月26～28日，上海發那科機器人有限公司將攜點焊、噴涂、裝配及激光切割四套高效機器人解決方案亮相海國際汽車制造技術及裝備材料展。

FANUC兩款點焊機器人主力機型R－1000iA和R－2000iC具有高速、智能、緊湊等特點，配合FANUC iRVision視覺系統、伺服定位裝置、視覺電極帽檢測和學習減振等多種智能功能，能大幅提高焊接穩定性并縮短系統生產節拍，使點焊作業更智能化。FANUC M710iC機器人同Cutting Tool工具完美配合，可實現工件的三維高速高精度切割。Cutting Tool工具采用先進的伺服技術和連桿機構，以實現小軌跡的高精度切割，可以切割出φ1mm的小圓。配合FANUC自主開發的ROBOGUIDE軟件完美配合，可實現空間復雜三維切割程序的離線編程。

此外，FANUC還展出了軌道式噴涂機器人和氣門桿智能裝配系統等產品。

機器人高速智能柔性化點焊

（FANUC）

王賢軍，浙江臨東工貿有限公司；唐照國、梁林姣，新昌德力石化設備有限公司。