传统的焊接顺序是按照复层侧的基层-清根后的基层-过渡层-复层的顺序进行焊接工艺试验CO2焊能否应用于压力容器的焊接,特别是有耐腐蚀性能要求的复合钢板的焊接,需要做焊接试验,确保各项指标符合规范的要求。焊接材料根据母材的成分及力学性能,选用<1.2mm的TWE-711药芯焊丝来焊接基层,选用<1.2mm的GFW309L超低碳药芯焊丝焊接过渡层,以防止渗碳,用<1.2mm的GFW347不锈钢药芯焊丝焊接复层,GFW347因含有稳定化元素Nb,可有效防止晶间腐蚀。焊接参数试验选用KR-500型CO2焊机,采用16MnR板及18-8钢板。根据试验结果,当电流为160230A,电弧电压为2426V,CO2气体流量为1620L/min,焊接速度为120280mm/min时,电弧最稳定,飞溅最小,焊缝波纹最好。
理化性能试验CO2焊由于保护气中含C较多,容易引起焊缝增碳,影响耐腐蚀性,因此,必须对焊缝进行理化分析及晶间腐蚀试验,验证CO2焊的可行性。我们采用与产品相同规格及材质的试板按的顺序进行了焊接。化学成分分析在复层表面和距表面5mm处取样,分别代表复层和过渡层的化学成分,取样后分析,由于过渡层采用了超低碳的药芯焊丝,并无增碳现象。
熔敷金属化学成分(%)取样位置CCrNiMoNbSP复层0.03218.059.250.030.310.0010.024过渡层0.0524.5212.650.040.010.0020.0212.3.2硬度测试为了更进一步验证过渡层无渗碳及脆化现象,进行了硬度测试,将试件横向剖面后,在横断面的过渡区上测硬度,结果显示,过渡区硬化倾向较小,硬度值小于控制值。
接头的金相组织接头部位显微组织复层枝状奥氏体+铁素体过渡层柱状铁素体+贝氏体+珠光体2.3.4晶间腐蚀试验按照GB4334)84对复层金属进行了晶间腐蚀试验,由于复层焊丝含有稳定化学元素Nb、Mo等合金元素,耐蚀性很好,经试验,没有出现晶间腐蚀裂纹。
综上所述,将药芯焊丝CO2焊应用在复合钢设备的焊接上,焊缝的各项性能指标均能满足要求,故决定推广使用在设备的制造上。
焊接工艺评定在产品正式施焊前,进行了焊接工艺评定,按照JB4708)20005钢制容器的焊接工艺评定6的规定,进行了试板的焊接及检验。焊接参数坡口形式与焊接工艺试验相同,评定结果焊缝经X射线检验合格及复层着色检验合格后,对试样A进行晶间腐蚀试验,参照GB4334)84,采用硫酸-硫酸铜法,试验结果无晶间腐蚀裂纹。
焊接工艺参数焊接位置焊接材料焊材规格d/mm焊接电流I/A电弧电压U/V焊接速度v/(mmmin-1)CO2流量Q/(Lmin-1)基层TWE-7111.216022024281602801620过渡层GFW-309L1.216023024281602501620复层GFW-3471.216020024281602001620力学性能试验结果试样Rb/MPaRs/MPa断裂位置冲击试验缺口位置AKV/J弯曲试验(180b,D=3s)A530350母材焊缝83,110,87面弯,无裂纹B525342母材HAZ45,36,55背弯,无裂纹4产品焊接4.1焊前准备产品焊接时,坡口采用刨边机进行机械加工,不锈复合钢板在组装和施焊前要将坡口内外两侧各50mm范围内清理干净,不得有油污和铁锈。装配清理干净后,即可进行装配,组对时,要以复层不锈钢板为基准定位焊,在基层侧进行,组对时要严格控制错边量,纵缝错边量0.5mm,环缝错边量1.0mm.
焊接要点(1)复层侧的基层焊接采用TWE-711药芯焊丝(<1.2mm),焊接时一定要注意控制焊缝高度略低于基层板平面12mm。
基层焊接示意图(2)复层侧基层焊完后,背面清根,RT检验合格后,再焊接过渡层及复层。过渡层焊接时,采用<1.2mm的GFW309L不锈钢药芯焊丝,焊缝高度比复层略低12mm。(3)复层的焊接,采用<1.2mm的GFW347不锈钢药芯焊丝,焊后应圆滑过渡,无咬边、气孔、弧坑等缺陷。(4)所有的焊接工作应严格按焊接工艺规程进行,尽量采用小线能量焊接。检验筒体基层焊缝应100%X射线探伤,按JB4730)94标准评定,一次拍片合格率达到99.2%,I级片率为95.2%,复层经100%着色探伤检查,未发现裂纹、气孔等超标缺陷。为保证产品质量,所有复层焊完后,又对主体焊缝进行20%X射线抽查,全部合格。该设备运行两年来基本没有腐蚀,设备完好如新。这种技术在不锈复合钢压力容器中的应用是切实可行的。