厚壁合金鋼焊接及熱處理技術(shù)探討

劉永鵬

中化二建集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310000

1 厚壁合金鋼的焊接

TP347不銹鋼管是奧氏體型不銹耐酸鋼，TP347在酸、堿、鹽等溶液具有良好的耐腐蝕性能，因此廣泛應(yīng)用于航空，石油化工等工業(yè)中。起初TP347和TP347作為一種國外引進(jìn)材料，根據(jù)工藝不同分為焊后做穩(wěn)定化熱處理和焊后不做穩(wěn)定化熱處理兩種，壁厚基本在30mm以下，主要用途是在爐管方面。隨著國內(nèi)鋼廠制造工藝技術(shù)的提升，TP347材料逐漸國產(chǎn)化，管道材料逐漸變厚，開始應(yīng)用于工藝管道方面，工藝條件也變得越來越復(fù)雜[1]。在TP347材料應(yīng)用于工藝管道的工程實(shí)踐中，多個裝置出現(xiàn)管道在焊接或穩(wěn)定化熱處理后出現(xiàn)焊縫裂紋的問題。

1.1 焊接方法及填充材料

為保證焊接質(zhì)量，提高工作效率，根據(jù)合金鋼的焊接性能，焊接方法選用鎢極氬弧焊根焊，焊條電弧焊填充、蓋面。為使焊接接頭具有與母材相當(dāng)?shù)母邷貜?qiáng)度及高溫抗氧化性，填充材料選用GB/T8110—2008中規(guī)定的ER55—B2（H1Cr5Mo）鎢極氬弧焊焊絲和GB/T5118—2012中規(guī)定的E5515—B2低氫型焊條。

焊縫強(qiáng)度決定了零件的整體強(qiáng)度，為保證焊縫的強(qiáng)度和質(zhì)量，需選擇合適的焊絲。焊絲的選擇原則有兩種：一種是根據(jù)化學(xué)元素匹配原則，所選擇的填充材料的化學(xué)成分與母材接近，焊接時的可操作性較好；另外一種是根據(jù)強(qiáng)度匹配原則，選取與母材強(qiáng)度相當(dāng)?shù)暮附z，可以緩解由于母材和焊縫強(qiáng)度差過大引起總體強(qiáng)度的降低。

1.2 焊前清理及組對

在進(jìn)行管口組對之前，要求把坡口表面和兩邊母材內(nèi)外表面高于20mm范圍中的氧化物、熔渣、油污、毛刺以及一些其他有害雜質(zhì)及時清理干凈，應(yīng)用同根焊類似的焊接材料，焊接技術(shù)參數(shù)做好定位焊，定位焊縫的厚度、長度以及間距都應(yīng)該確保在正式焊接中不會出現(xiàn)開裂，每一道焊口定位焊縫應(yīng)該高于2個地方，焊縫的長度應(yīng)該保持在的10-15mm左右較為合適，定位焊縫應(yīng)該做到平滑過渡到母材中，焊縫兩邊應(yīng)該磨削成為斜坡，同時確保焊透以及熔合較好，并且沒有氣孔以及夾渣等問題。

氧乙炔熔態(tài)氣壓焊接技術(shù)在國際上應(yīng)用十分廣泛。該施工工藝較以前普遍使用的固態(tài)焊法要容易掌握，簡化了對端面的要求，有效解決了操作工人技術(shù)要求較高的問題，大幅提高焊接速度。

1.3 后壁合金鋼的焊接

在進(jìn)行現(xiàn)場在進(jìn)行鎢極氬弧焊之時風(fēng)速應(yīng)該高于2m/s或者是焊條電弧焊風(fēng)速高于5m/s，其空氣中相對濕度應(yīng)高于90%，或者當(dāng)其遇到雨雪等環(huán)境之時，要求采取合適的保護(hù)措施，否則不能進(jìn)行施焊。焊接前必須檢查焊接設(shè)備的狀態(tài)是否完好，確保氣體較為充足。焊條要求根據(jù)實(shí)際進(jìn)行烘干，其烘干的溫度為350-400℃，保溫大約1-2h。在焊條經(jīng)過烘干以后，要求放置在100-150℃的保溫筒之中方便取用，焊條在空氣之中暴露的時間高于4h，則需要重新做好烘干工作，重復(fù)烘干次數(shù)不能高于2次，焊絲表面如果有油污的話，在使用前必須做好清理工作。焊前根據(jù)要求均勻預(yù)熱坡口兩邊，預(yù)熱溫度應(yīng)該高于200℃，預(yù)熱范圍要求將坡口作為中心兩邊各100mm，在母材焊縫達(dá)到預(yù)熱溫度以后及時進(jìn)行焊接，焊接過程中應(yīng)該對焊縫背面做好充氬保護(hù)，在焊接完成三層以后才能終止內(nèi)充氬，焊接道間溫度應(yīng)該高于預(yù)熱溫度[2]。應(yīng)用鎢極氬弧焊之時，焊絲前端應(yīng)該放在保護(hù)氣體中，多層焊時每一層的焊接接頭要求錯開，及時清理道間以及層間影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)，在焊接中不能出現(xiàn)中斷焊接的情況，在將焊接中斷前及時應(yīng)用后熱措施。

焊縫跟蹤和熔透控制都是焊接自動化的重要組成部分，焊接過程控制就是對熔池的監(jiān)測，而獲得清晰的熔池圖像又是準(zhǔn)確、快速地檢測出焊接質(zhì)量的必要前提.焊接過程往往產(chǎn)生各種缺陷，焊縫同一橫截面上，焊接熱輸入相同，而隨著特征點(diǎn)遠(yuǎn)離焊縫中心，熱量由于試板的熱傳導(dǎo)和散熱使得特征點(diǎn)峰值溫度逐漸降低，前進(jìn)側(cè)溫度較后退側(cè)溫度一般高10-20℃。觀察焊后焊縫宏觀形貌可知，飛邊大部分出現(xiàn)在后退側(cè)，由于飛邊的存在使得焊接過程中后退側(cè)熱量散失較多，這就使得前進(jìn)側(cè)速度相對后退側(cè)較高，從而造成兩側(cè)溫度差異。

2 熱處理技術(shù)分析

在不同的溫度區(qū)間，試驗(yàn)鋼的抗拉強(qiáng)度以及硬度會在溫度升高之下有兩種發(fā)展趨勢，指的是在840-880℃范圍中強(qiáng)硬度有著較為明顯的提升，但是隨著溫度的慢慢提升，試驗(yàn)鋼淬火后的強(qiáng)硬度則出現(xiàn)了逐漸降低的趨勢。在確定合適的溫度范圍中，在淬火溫度提升的背景下沖擊功有著降低的趨勢，主要是因?yàn)榇慊饻囟忍嵘螅瑠W氏體晶粒粗化以后導(dǎo)致淬火生成的馬氏體組織比較大，造成塑韌性的降低[3]。

焊后立即進(jìn)行熱處理，目的是減小冷裂紋傾向和消除應(yīng)力裂紋，改善焊縫內(nèi)部組織，提高焊接接頭綜合力學(xué)性能。熱處理溫度700-750℃，用熱處理設(shè)備控制繩型或者履帶型加熱器，履帶式加熱器原理如下：加熱至300℃后，按3.5℃/min的速度加熱；加熱至710℃，恒溫30min；以4℃/min的速度進(jìn)行冷卻，冷至300℃后自由冷卻。測溫采用熱電偶均布在焊口周圍，并用自動記錄儀記錄熱處理曲線。在焊縫兩側(cè)不小于焊縫寬度的6倍，且不小于25mm，加熱區(qū)以外100mm用石棉保溫氈保溫，管道端口封閉。焊道熱處理后應(yīng)用里氏硬度儀對焊縫進(jìn)行硬度檢測，每道焊縫檢測3處，每處檢測3點(diǎn)，部位分別為母材、熱影響區(qū)和焊縫，按SY/T0599（NACE標(biāo)準(zhǔn)MR0175）要求進(jìn)行硬度測試，應(yīng)滿足硬度≤HV250。

3 結(jié)語

在對厚壁合金鋼進(jìn)行焊接中要求嚴(yán)格依據(jù)工藝技術(shù)進(jìn)行預(yù)熱，合理控制道間溫度，在焊接后及時做好焊后熱處理，不能在焊后熱處理的必須及時進(jìn)行后熱處理，保證焊接接頭的相關(guān)性能。