15mnvr中厚板蒸汽蓄热器本体焊接工艺研究

15mnvr中厚板蒸汽蓄热器本体焊接工艺研究

蒸汽蓄热器是一种新型的节能装置。这是一种以水为载热为主体的间接蓄能器。当蒸汽负荷发生很大变化时，需要稳定的压力时。结构如图1所示。蒸汽蓄热器被广泛用于石油、化工、造纸、纺织、酿造、卷烟、火力发电及供热等行业,特别是主体材料为15MnVR,厚度为4mm的蒸汽蓄热器应用更为广泛,其制造以前主要采用焊条电弧焊封底,埋弧焊盖面的焊接工艺,这种焊接工艺方便易行、成本低,能够满足部分行业的需要,但是存在效率低,焊后产生气孔、夹渣以及裂纹难以控制等缺点。为此,笔者提出了一种新的焊接工艺,能够弥补上述焊接工艺的不足。115细化焊接工艺及参数的选择15MnVR属于低合金高强度钢,是在16Mn的基础上加入质量分数为0.06%～0.12%的V,以使其晶粒细化,并形成起强化作用的碳化钒,提高钢的强度。其碳当量较小,淬硬倾向不大,焊接性较好,中厚板焊接时需预热100～150℃,冷裂可能性很小。焊接时,如果操作不当会产生气孔、夹渣以及热裂纹,因此,焊接工艺及参数的选择非常重要。15MnVR有回火脆性,焊后应进行消除应力处理。2焊接试验和焊接工艺的评估2.1缝、焊接设备根据设备结构特点,决定对蒸汽蓄热器的主体焊缝,例如平板拼接焊缝、筒体纵焊缝和环焊缝采用单面焊双面成型埋弧焊,焊接设备为均匀调节式NZA-1000型埋弧焊机。对不能采用埋弧焊的短焊缝采用焊条电弧焊,焊接设备为AX1-500弧焊整流器。埋弧焊的焊接质量好,填充量大,焊接效率高。而焊条电弧焊的电弧热量集中,适应性好,有利于全位焊。2.2开坡口的种类开坡口可保证电弧能深入到焊缝根部使其焊透,在获得良好焊缝成型的同时便于清渣。对于合金钢,开坡口还能起到调节母材金属和填充金属比例的作用。蒸汽蓄热器本体采用如图2所示的带钝边的V形坡口形式。留有钝边主要是为了防止烧穿,采用V形坡口主要是为了加工方便。2.3焊接接头的加工15MnVR属于低合金高强度钢,根据等强度原则,埋弧焊焊丝选用H10MnSi,焊剂选用HJ350,以增加焊缝金属的合金元素,同时使气孔、裂纹倾向减小,保证焊接接头的质量。焊条电弧焊应采用J557焊条,在保证强度的条件下尽可能减小气孔、裂纹等的危害。2.4焊接工艺参数经过多次试验确定的焊接工艺参数见表1。2.5引弧板和熄弧板试板的安装埋弧焊单块试板的尺寸为700mm×150mm×10mm,在试板两侧加焊引弧板和熄弧板。焊条电弧焊单块试板尺寸为400mm×150mm×10mm,按图3所示平板拼接方式和表1焊接工艺参数在试板上进行焊接试验,并制成试样。2.6冲击韧性及接头硬度试验结果室温拉伸试验测得焊接接头抗拉强度为550～670MPa。冲击试验的试样尺寸为55mm×10mm×10mm,开V形缺口,常温下焊缝冲击韧性的平均值为123J/cm2,熔合线附近焊接热影响区的冲击韧性平均值为121J/cm2。焊接接头硬度试验的平均值为189Hv,熔合线附近焊接热影响区硬度试验的平均值为197Hv。焊后对纵焊缝和环焊缝进行了100%射线检测,未发现气孔、夹渣及裂纹等缺陷,符合JB/T4730.1～4730.6—2005《承压设备无损检测》Ⅱ级合格标准。以上各项性能指标均符合JB4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评定》的要求,因而该工艺评定合格。3焊接工艺3.1焊丝焊前清除坡口两侧各50mm范围内水分、油污和铁锈等有害杂质,清除焊丝表面的水分、油污和锈斑,检查焊丝不得有折弯。焊条经350～400℃烘焙1～2h后保温,随用随取,焊剂需经450℃烘干并保证粒度均匀适宜。焊道两端加80mm×80mm的引弧板的引出板,材质与厚度均与筒体相同。3.2预热冷却焊前将坡口两侧各100～200mm范围内的母材预热到100～150℃,以降低焊后冷却速度,减小淬硬倾向及焊接残余应力,防止冷裂纹的产生。3.3工艺参数焊接参数与工艺评定的参数相同,采用多层多道焊,层间温度控制在100～150℃,并注意焊道间熔渣的清除。第1道焊缝的焊接电流应比表1所示的数据小10%左右,其它工艺参数与表1相同。每焊完一道焊缝要进行检查,若发现缺陷应及时修复。采用内焊法在工作台上进行筒体纵焊缝的焊接(图4),这样易将焊剂衬垫垫紧。焊接环焊缝时,必须注意在焊缝背面均匀衬垫焊剂并防止变形,这是保证单面焊双面成型的关键。为此,笔者采用如图5所示的装置进行蒸汽蓄热器本体环焊缝焊接。对不能采用埋弧焊的短焊缝,须采用焊条电弧焊,其工艺参数见表1。3.4焊缝外观检验焊后进行消除应力热处理,温度控制在500～650℃,保温1～2h。焊后按技术要求对焊缝外观进行检验,结果合格。对纵焊缝和环焊缝进行100%射线检测,未发现气孔、夹渣、裂纹等缺陷,符合文献Ⅱ级合