蒸压釜铸钢釜环及盖缘裂纹的焊接修复工艺及性能研究研究论文电子版下载

蒸压釜铸钢釜环及盖缘裂纹的焊接修复工艺及性能研究研究论文电子版下载 DOI103969jissn1009-9492xx01011蒸压釜铸钢釜环及盖缘裂纹的焊接修复工艺及性能研究沈晓勤，谢坚鎏，石永华(1华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640；2江门市新会区同达4_r-机械制造有限公司，广东江门529100)摘要蒸压釜经过长期使用后，釜环齿圈及盖缘齿圈的啮合齿齿根部位易出现裂纹。 对铸钢裂纹的焊接修复工艺及接头性能进行了研究，结果表明对ZG230450H铸钢试样采用低氢的药芯焊丝CO气体保护焊，应用多层焊工艺，配以焊前预热、控制层间温度及焊后保温缓冷等措施，以较小的焊接电流和较快的焊接速度(即较小的焊接线能量)进行焊接，能获得与母材等强度且没有裂纹的焊接接头。 关键词蒸压釜；铸钢；裂纹；焊接工艺性能TP24J10099492 (xx)O1004304Study onW eldingProcess andJoint PropertyUsed inRepairing ofCracks inthe KettleRing andCover Edgeof AutoclavesSHEN Xiaoqin，XIE Jianliu，SHI Yonghua(1School ofMechanical andAutomotive Engineering，Guangzhou510640，China；2Tongda ChemicalMachinery Manufacturing Co，Ltdof XinhuiDistr ict，Jiangmen529100，China)AbstractCracks aredetected inthe rootpans ofthe meshgear inthe kettlering andcover edgeof acast steel autoclave，after ithas beenused forlong timeThe welding process andjoint propertyf orrepairing ofcracks inthe cast steelautoclavewere studiedThe resultsshow thata varietyof measures，such asusing lowhydrogen flux cores，multilayer welding，preheat，interpass temperaturecontrol andheat preservationafter welding，should beused forCOz gasshielded arcwelding ofZG230-450H caststee1Coupled withthe useof smallwelding currentand fastwelding speedfie，sma llheat input)，crack-free jointswith tensilestrength ashigh asthe basemetal canbe producedK eywordsautoclave；caststeel；crack；weldingprocesspmpey O前言蒸压釜在工业生产中应用极其广泛。 蒸压釜两端的釜环及盖缘材质为铸钢，其在铸造过程中容易产生砂眼、疏松等缺陷。 由于蒸压釜的工作压力较高，釜体长期承受升降压的交变载荷，釜环及盖缘极易在上述缺陷处产生疲劳裂纹并扩展，严重影响设备的安全。 对此裂纹的处理，一是将釜环及盖缘更换，成本高，时间也比较长；二是进行焊接修复，如采用适当的工艺，可避免焊接裂纹的产生，降低维修成本，增加经济效益。 铸钢的碳当量高，可焊性较差，需要精心调整焊接参数。 对铸钢与Q345B或低合金钢的CO气体保护焊工艺研究表明，焊接过程中应采取焊前预热(100一200)，保证层间温度不低于预热温度，焊后保温和锤击焊缝释放应力，可获得合格的焊接接头n1。 对于厚大铸钢件的手工电弧焊，需采取焊前预热(250)、短弧、多层焊等方式，层间保温并采用机械振动法消除焊缝层间应力和氢，焊后用保温棉对焊缝附近20cm范围进行保温缓冷至室温忙卅。 1设备概况某管桩公司蒸压釜设计工作压力11MPa，设计工作温度187，工作介质为饱和水蒸汽和水泥管桩；釜体内径3000mm，筒体长25820mm，壁xx1130匿羹叠匿研与开发表1铸钢釜环及盖缘的化学成份和性能化学成份()力学性能项目C SiNn PS CrNi MoCu V6M6M l()ku)()实测020023108002700160o40o40O1018001282451348851标准020050120004O040303015030O05230450222535厚22mm，材质为16MnR，釜环及盖缘材料为ZG230450H铸钢，其化学成份及力学性能见表1。 该釜环齿圈及盖缘齿圈的啮合齿齿根部位存在多处线状裂纹(见图1)，裂纹一般长l530mm，最长达80mm，经打磨检查发现裂纹深度在26mm范围内。 25820图1蒸压釜釜环及盖缘齿圈釜齿从现场检测出的裂纹表面上看，是由于蒸压釜经过近15年的满负荷运行，受温度及压力交变载荷而产生的疲劳裂纹，但是将裂纹打磨至2mm以下发现裂纹下面出现很多铸造缺陷，如疏松组织、砂眼等。 由此可见，在釜环及盖缘内部存在的不均匀应力，在这些铸造缺陷周围产生应力集中，也是导致裂纹产生的原因。 因此，要清除这些缺陷，就必须将裂纹和铸钢件的铸造缺陷一起清除，才能达到完全清除设备缺陷的目的。 2焊接工艺性能研究为了焊接修复釜环齿圈及盖缘齿圈的啮合齿齿根部位存在的裂纹，对铸钢ZG230450H的焊接工艺性能进行了试验研究。 2。 1试验条件试板板厚为30mm，坡口形式为x型(如图2)，焊前预热，焊后保温，多层焊。 采用FCAW，保护气体为瓶装CO气体；焊丝牌号TWE一711；焊丝规格咖12；焊接电源CO气体保护焊机(型号KRII500)。 图2试样坡口型式及尺寸22试验数据及结果221首次试验焊接工艺参数如表2所示。 焊缝表面质量检查为合格，焊接接头放置24小时后试板经x射线检测，按JBT47302xx标准评定为合格。 接头学性能如表3所示，弯曲试验在弯曲面焊接热影响区断裂(如图3)，按JB47082000评定为不合格；拉伸试验抗拉强度未达到标准值要求，按JB47082000评定为不合格。 表2首次试验的焊接工艺参数沈晓勤等蒸压釜铸钢釜环及盖缘裂纹的焊接修复工艺及性能研究图4为焊缝金相组织，首次试验阶段由于多层焊的焊缝层数少，每层厚度大，焊缝层中的柱状晶组织未被消除。 而且焊接线能量过高(其值为15840Jer a)，导致焊缝及热影区过热降低了接头的塑性和韧性，增加了焊后产生裂纹的倾向。 表3首次试验的焊接接头力学性能研究与区的过热状况得到改善，接头强度有所提高，但依然未达标。 223调整工艺再试验总结前两阶段的工艺试验结果，再次调整焊接工艺参数。 继续增加多层焊焊缝层数，提高焊3首次试验弯曲试样图4首次试验焊缝金相组织(50x)222调整艺试验根据首次试验的结果，进行第二阶段焊接工艺调整试验。 增加多层焊焊缝层数，加快焊接速度，减小焊接电流，降低焊接线能量。 调整试验的工艺参数如表4所示，焊接接头表面质量经检查为合格，接头焊后保温24小时后试板经X射线检测，按JBT47302xx标准评定为合格。 接头力学性能试验结果如表5所示。 图5为弯曲试样，弯曲试验时弯曲面存在超标裂纹，按JB47082000评定为不合格；拉伸试验抗拉强度未达到标准值要求，按JB47082000评定为不合格。 图6为焊缝金相组织，由于多层焊焊缝层数增加，每层厚度减少，焊缝层中的柱状晶组织也在减少。 而且焊接线能量的减少为9216Jer a，也使焊缝及热影接速度，减小焊接电流进一步降低焊接线能量，并严格控制层间温度。 调整再试验的焊接工艺参数如表6所示，焊接接头表面质量合格，接头焊后保温24小时后试板经x射线检测，按JBT47302xx标准评定为I级。 接头力学性能如表7所示，拉伸试验抗拉强度已达到标准值要求，按JB47082000评定为合格。 图7为弯曲试样，弯IfI试验时弯曲面完好，没有发现开裂现象，符合力学性能试验标准，按JB47082000评定为合格。 图8为焊缝金相组织，可见由于每层焊缝的厚度继续减小，焊层中的柱状晶已基本消除。 而且表4调整工艺试验的参数及结果拉伸试样试验温度6断裂特点取样数量宽度厚度()(MP)(MPa)()和部位术l件25131常温4420725l22焊接热影响区不合格图5调整工艺试验的弯曲试样图6调整工艺试验的焊缝金相组织(50)二二二二与开发表6调整工艺再试验的工艺参数及结果随着焊接线能量进一步降至5437Jcm，接头的强度也进一步得到提高，弯曲试验结果显示已达标。 图9所示为焊接线能量对铸钢接头抗拉强度的影响，随着线能量增大，接头抗拉强度降低。 表7调整工艺再试验的焊接接头力学性能焊前预热、焊后保温缓冷等措施，进一步减少接头的含氢量，并改善接头部位的应力状况；应用多层焊工艺，严格控制层间温度，以较小的焊接电流和较快的焊接速度，即控制在较小的焊接线图7调整工艺再试验阶段弯曲试样图8调整工艺再试验焊缝金相组织(50x)3结论采用低氢的药芯焊丝CO气体保护焊，配以垒嘿热输入(kJcm)图9热输入对铸钢接头抗拉强度的影响能量下进行焊接，焊接铸钢ZG230450H能获得与母材等强度且没有裂纹的焊接接头。 在前述三个阶段的焊接工艺试验研究基础上，确定了一套优化的焊接工艺参数和工艺流程，先后对20多台在用蒸压釜出现的裂纹缺陷进行了焊接修复，设备修复合格运行多年时间，经国家相关检验部门在个月、年度分别进行检测，均未发现新的裂纹，完全达到蒸压釜安全运行的要求。 参考文献1周观根，俞水其厚钢板和大型铸钢节点焊接技术研