造纸用的蒸缸及不锈钢内衬的焊接工艺.doc

造纸用的蒸缸及不锈钢内衬的焊接工艺上海新业锅炉高科技有限公司 顾丕雄摘 要本文着重介绍在制作造纸用的蒸缸及不锈钢作内衬的焊接工艺。在焊接方法上涉及埋弧自动焊、焊条电弧焊及手工钨极氩弧焊三种焊接方法。在制作过程中涉及不锈钢与16MnR低合金钢异种钢金属焊接工艺。通过选择合适的焊接材料和焊接工艺，解决了生产中存在的问题。0 概述2007年9月我公司为山东济南某造纸厂生产两台型号为R07-03用3.0冷轧不锈钢带钢作内衬的蒸缸。蒸缸壳体（除前封头用20外）采用18厚的16MnR低合金钢制成，前封头与筒身采用螺栓联接（可拆卸），具体结构详见图1示意图。对于蒸缸制造按压力容器要求进行制作。对于筒体纵环缝射线探伤按JB4730标准要求级及级以上合格，探伤比例不小于每条焊缝的20%进行，其中T字焊缝必须拍片探伤。有关R07-03蒸缸技术参数指标见表1.1. 蒸缸壳体材料的可焊性分析1.1 壳体基体材料牌号为16MnR，板厚为18、20两种，16MnR钢属低合金高强度钢，是常用的压力容器钢。化学成份详见表2.根据钢材的化学成份用国际焊接学会推荐的碳当量公式进行计算，碳当量值Ceg为0.4左右。具有良好的焊接性，但与普通碳钢相比如20g、Q235等钢淬硬性要稍大些。现制作的18和20两种规格的钢板焊前可以不进行预热和焊后不需热处理。该筒体与一侧封头（1B）内侧用焊条电弧焊，外侧用埋弧自动焊，其余纵环缝采用双面埋弧自动焊，筒体的管接头全部采用焊条电弧焊。 最高工作压力1.2Mpa腐蚀裕度1.0工作温度65焊接接头系数0.85设计温度80主要受压元件16MnR、0Cr18Ni9设计压力1.3 Mpa工作介质水有效容积21.84m3容器类别无表1：R07-03蒸缸技术参数表2：R07-03蒸缸壳体材料的化学成份及力学性能钢材牌号化学成份（%）力学性能CSiMnSPCrNiCuS（Mpa）b（ Mpa）5%冷弯180016MnR0.160.31.420.0040.0140.050.030.0438552026合格SUS3040.0470.521.100.0310.00218.268.02/29963453/1.2 内衬板对接缝焊接 内衬板对接板材料牌号为SUS304不锈钢即为0Cr18Ni9奥氏体不锈钢材料，厚度为3.0.具体化学成份详见表2.SUS304不锈钢属于奥氏体不锈钢，它具有良好的焊接性，我们选择最佳的焊接方法采用手工钨极氩弧焊进行焊接，焊丝采用原母材余料将它切成丝，进行手工氩弧焊焊接。1.3 内衬板与壳体基体材料的焊接为保证3.0SUS304不锈钢很好地贴合筒体，内衬板与筒体必须进行焊接。由于内衬板为不锈钢材料，而筒体基体材料为16MnR属低合金钢，两种不同牌号不同性质的焊接属于异种金属焊接。如我们采用普通的低合金钢焊丝如H08MnSiA或H10Mn2或用原内衬的边角的丝料焊接都是不合适的，为保证其焊接质量必须采用过渡层焊丝。过渡层焊丝成分的选择首先从舍夫勒相图中查找出合适的过渡焊丝化学成份。舍夫勒相图详见图2所示. 我们首先计算出Cr当量和Ni当量，其公式如下： 图2：奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接焊缝金属组织图Cr当量%=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb（%）Ni当量%=Ni+30C+0.5Mn(%)我们将SUS304不锈钢中的化学成份分别代入Cr当量%和Ni当量%的公式中，结果为Cr当量%=19.04和Ni当量%=9.98%。如果不加填充焊丝，其融合比是50%或者用内衬USU304不锈钢边角余丝焊接焊缝金属为马氏体组织或奥氏体+马氏体。为此我们选择比内衬SUS304不锈钢化学成份中Cr和Ni更高含量作为焊接过渡层焊丝。经有关资料查阅，笔者所选用的H1Cr24Ni13焊丝作为过渡层焊丝。实际使用过程情况良好。2. 蒸缸及不锈钢内衬的焊接工艺2.1 蒸缸壳体的焊接工艺2.1.1 焊接前的准备工作（1） 焊工必须持有国家质量监督检验检疫总局颁发的锅炉压力容器营道焊工合格项目证书，该项目必须与产品相对应的项目并在有效期内方可有效。（2） 在坡口两侧20左右范围内除锈、油、氧化皮及其它杂物，打磨出金属光泽。（3） 电焊条选用E5015牌号，规格有3.2和4.0两种低氢型焊条。烘干温度控制在350-400之间，保温1-2h后放置在100左右的低温烘箱内，现场施焊时随带焊条保温筒，电焊条用量不得超过一天。（4） 焊剂选用HJ431熔炼型焊剂，烘干温度250左右，保温1-2h后放置在焊剂专用的低温烘箱内，焊丝选用H10Mn2，规格4.0镀铜焊丝。使用前查看焊丝镀铜质量，应光亮无锈斑符合要求后方可使用。（5） 坡口形式 坡口形式有三种:第一种1B环缝开成60 V形坡口，钝边3-4，间隙为0-1，几何尺寸详见图3a；第二种为筒体上纵环缝焊接所需开成60 V形坡口，钝边厚度为7-8，间隙为0-1，几何尺寸详见图3b；第三种在筒体上要求焊透的大口径下降管，开成K形坡口，双面坡口角度为45，中间钝边为0.5-1.0，间隙为2-3.几何尺寸详见图3c。 图3：坡口形式及几何尺寸（6） 定位焊接 定位焊接要求与正式焊接焊缝一样。定位焊每段长约30-50，间距50-80，筒体上管接头定位焊点约3-4点匀称分布，每点长10-20.（7） 产品试板 双面埋弧焊试板直接组装在1B纵缝端部与产品同焊接工艺规范参数焊接，另一块一面埋弧自动焊一面焊条电弧焊做模拟焊接试板，产品试板经X射线探伤合格并力学性能试验合格后方可进行下道工序。2.12 焊接工艺规范参数（1） 双面埋弧自动焊焊接工艺规范参数见表3。（2） 1B环缝筒体内侧采用焊条电弧焊，外侧采用埋弧焊的焊接工艺规范参数见表3.（3） 大口径下降管内外侧在K形坡口焊接，采用焊条电弧焊，其焊接工艺规范参数见表3.表3：蒸缸筒体焊接工艺规范参数焊接部位焊接方法 层数焊条（丝）牌号规格（）极性焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）纵环缝内侧SAW12H10Mn2H10Mn24.04.0直流反接直流反接600-650650-75032-3333-3540-5030-50纵环缝外侧SAW1H10Mn24.0直流反接650-75033-3530-40前封头环缝内侧SMAW12-7E5015E50153.24.0直流反接直流反接100-120160-19020-2224-265-155-15前封头环缝外侧SAW1H10Mn24.0直流反接650-75033-3530-40管接头下降管内侧SMAW12-5E5015E50153.24.0直流反接直流反接100-120160-19020-2224-265-105-10管接头下降管外侧SMAW1-6E50154.0直流反接160-19024-265-10（4） 当内侧焊缝施焊结束后，外侧施焊前用6.0碳棒进行碳弧气刨清根，清除焊缝根部缺陷，气刨工艺参数见表4.然后用角向砂轮机清除氧化皮、熔渣并打磨出金属光泽。管接头下降管外侧用角向砂轮机清除根部焊接缺陷。表4：碳弧气刨刨削工艺参数碳棒牌号规格（）极性碳刨电流（A）电弧电压(V)刨削速度(/min)气体压力（Mpa）B5066.0直流反接300-33030-320.5-1.20.4-0.62.2 内衬板不锈钢焊接工艺2.2.1 焊接前准备工作1. 在坡口两侧20范围内除油及将不锈钢余料切成的焊丝用丙酮或无水酒精除油。2. 在坡口中间用角向砂轮机磨削1左右V形槽，间隙确保2-3.3. 定位焊每段长约20-30，间距约30-40，焊接要求与正式焊缝同等。2.2.2 焊接工艺规范参数（1） 焊接工艺规范参数详见表5表5蒸缸筒体内衬板焊接工艺规范参数焊接部位焊接方法层数焊丝牌号规格（）极性焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（/min）氩气流量（L/min）筒体内衬板对接GTAW1-2衬板余料切丝/直流正极100-16017-202-510-12衬板与筒体角接GTAW1-3H1Cr24Ni132.0直流正极100-12017-182-510-12（2） 手工钨极氩弧焊设备选用WS-300型直流氩弧焊机。钨棒选用铈钨极，规格2.5.由于焊丝是衬板余料切成丝，宽窄不完全一致，选用焊接电流范围大，使用前将宽窄相近的焊丝捆在一起，以便控制焊接电流。2.3 不锈钢内衬板与筒体角焊2.3.1 焊接前准备工作与不锈钢内衬板对接要求相同。2.3.2 焊接工艺规范参数详见表53. 焊接质量检验3.1 筒体焊缝及管接头等焊缝按压力容器焊缝外观质量要求表面没有气孔、夹渣、裂纹、咬边及弧坑等焊接缺陷。检查结果符合要求。衬里不锈钢焊缝检验亦符合要求。3.2 射线探伤 筒体纵环缝按JB/T4730标准抽拍20%比例（T字焊缝必拍），质量等级II级及II级以上合格。检验结果：一次拍片合格率为100%。3.3 产品试板所做力学性能符合要求。3.4