雙絲埋弧焊不清根技術(shù)在承壓設(shè)備上的應(yīng)用

（江蘇雙良鍋爐有限公司，江蘇 江陰 214444）

0 前言

承壓設(shè)備上筒體縱環(huán)縫多采用埋弧焊進(jìn)行焊接，由于焊接工作量大，如何利用新設(shè)備在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率，成為企業(yè)不斷探索的課題。雙絲埋弧焊是一種先進(jìn)高效的焊接方法，雙絲的引入減少了焊接道次，顯著提高焊接生產(chǎn)效率[1]。但雙絲埋弧焊固有的焊接線能量大，容易導(dǎo)致接頭力學(xué)性能惡化，影響焊接接頭的使用[2-3]。本研究在單絲埋弧焊免清根工藝應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過焊接工藝試驗(yàn)，優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，保證接頭力學(xué)性能，同時(shí)由于背部無需采用碳弧氣刨清根，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)改善了生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，為雙絲埋弧焊應(yīng)用于承壓設(shè)備筒體縱環(huán)縫焊接提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用Q245R鋼板，板厚20 mm。焊接材料采用H08MnA焊絲配SJ101焊劑。

1.2 焊接方法

為驗(yàn)證雙絲埋弧焊的焊接質(zhì)量，試驗(yàn)增加一組常規(guī)單絲埋弧焊焊接試板，焊后將相關(guān)力學(xué)性能與雙絲埋弧焊進(jìn)行對(duì)比。

雙絲埋弧焊的前導(dǎo)焊絲采用直流反接，直徑φ4.0，與試板垂直，后續(xù)焊絲使用交流，雙絲之間距離15 mm，焊絲間夾角10°；單絲埋弧焊采用直流反接，焊絲直徑φ4.0。

1.3 坡口準(zhǔn)備

埋弧焊免清根焊接工藝能否確保焊縫根部熔透且打底焊接時(shí)不致燒穿鈍邊，很大程度上取決于坡口形式[4-5]。根據(jù)單絲埋弧焊免清根工藝應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)[6]，采用的坡口形式如圖1所示。

圖1 試板坡口形式Fig.1 Groove type of test plate

1.4 焊接工藝參數(shù)

為了解決雙絲埋弧焊固有的焊接線能量大的特點(diǎn)，在保證焊接接頭質(zhì)量的前提下，經(jīng)過多次焊接試驗(yàn)，盡量控制好焊接線能量，焊接工藝參數(shù)如表1所示。

表1 焊接工藝參數(shù)Table 1 Welding process parameters

1.5 力學(xué)性能試驗(yàn)

焊后按照NB/T47014的要求進(jìn)行拉伸、彎曲、沖擊等力學(xué)性能試驗(yàn)。

2 工藝應(yīng)用合理性分析

2.1 焊接工藝性能

雙絲埋弧焊采用前絲直流、后絲交流的焊接方式，前絲直流電弧的穿透力較大，能夠增大熔深，后絲則有增大焊道寬度和美觀焊縫成形的作用，與單絲埋弧焊相比，生產(chǎn)效率得到了極大的提高。此外，雙絲埋弧焊中后絲有一個(gè)后傾角，能有效改善焊縫形狀，降低余高，減小焊接過程中產(chǎn)生未熔合和夾渣的可能性，提高焊接質(zhì)量。雙絲埋弧焊焊接過程中，前、后焊絲的焊接工藝參數(shù)共同決定了熱輸入、最終組織形態(tài)和使用性能。焊接過程中正面第一道在控制好熱輸入量的前提下，熔深應(yīng)大于1/2鈍邊厚度，以保證背面無需碳弧氣刨清根、直接進(jìn)行埋弧焊蓋面。

2.2 單、雙絲埋弧焊接頭力學(xué)性能對(duì)比

2.2.1 抗拉強(qiáng)度

焊接接頭力學(xué)性能結(jié)果如表2所示。可以看出，雙絲自動(dòng)埋弧焊焊接接頭的抗拉強(qiáng)度與單絲自動(dòng)埋弧焊相比變化不大。這表明單、雙絲自動(dòng)埋弧焊焊接工藝穩(wěn)定性較好，焊縫金屬抗拉強(qiáng)度無顯著變化，均能達(dá)到母材性能的要求。

表2 焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Mechanical test result of welding joint

2.2.2 彎曲性能

單、雙絲埋弧焊焊接接頭側(cè)彎試驗(yàn)均無裂紋出現(xiàn)，試驗(yàn)合格。

2.2.3 沖擊性能

雙絲埋弧焊的單道熱輸入量大于單絲埋弧焊的熱輸入量，表現(xiàn)在焊縫及熱影響區(qū)單絲埋弧焊0℃沖擊吸收能量高于雙絲埋弧焊。這是因?yàn)闊彷斎肓看螅缚p及熱影響區(qū)高溫停留時(shí)間延長(zhǎng)，使得晶粒粗大，從而降低沖擊韌性，但均符合母材的性能要求。

從力學(xué)性能試驗(yàn)的結(jié)果來看，只要控制好焊接線能量，雙絲埋弧焊的力學(xué)性能與單絲埋弧焊一樣，都能滿足母材及承壓設(shè)備對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能要求。

2.3 生產(chǎn)效率及能耗分析

2.3.1 提高生產(chǎn)效率

由表1可知，雙絲埋弧焊相對(duì)單絲埋弧焊單道焊縫的焊接速度可提高30%～40%，同時(shí)減少焊接層道次，以及層間清理及其他輔助時(shí)間，大大提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期；背面無需碳弧氣刨清根及砂輪打磨工序，進(jìn)一步縮短焊接生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。

2.3.2 降低能耗及成本

在焊接熱輸入不變的情況下，雙絲埋弧焊熱輸入效率高，其高速度的焊接有效降低了工件二次加熱所帶來的能量損耗，包括工件的熱量損耗、焊劑的二次熱量損耗等，與單絲埋弧焊相比，熔敷效率更高，能耗降低。由于焊接速度的提高、焊接層道數(shù)及焊材用量的減少，大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)制造成本。

2.3.3 改善車間生產(chǎn)環(huán)境

從源頭上消除了碳弧氣刨清根產(chǎn)生的明弧刺激、粉塵及噪聲對(duì)工人身心健康的影響，改善車間生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，為公司降低制造成本的同時(shí)也獲得了積極的社會(huì)效益。

3 結(jié)論

（1）在合適的焊接工藝參數(shù)下進(jìn)行焊接，雙絲埋弧焊接頭的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足母材及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求。

（2）與傳統(tǒng)單絲埋弧焊相比，雙絲埋弧焊生產(chǎn)效率顯著提高，生產(chǎn)周期縮短，能耗降低。

（3）雙絲埋弧焊不清根工藝技術(shù)在改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境、降低制造成本的同時(shí)也獲得了積極的社會(huì)效益。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

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