万kW机组主轴焊接工艺试验

1、.60万kW机组主轴焊接工艺试验I瞿蔹0.0_-_jllllllll00ll0_llllll热加10|_6O万kW机组主轴焊接工艺试验韩春燕一摘要:从母材和焊材人手,分析主轴焊接工艺的可行性和有效性,并且通过试验验证各项性能指标均能达到标准要专慕o|.l薯关键词:主轴;一窄间隙埋弧焊焊接工艺试验0-电阻分类号:Tco6TG407支赫播嘏鸥:_B-文耄编号:1673-3355eoo9)03-001303主轴是60万kW机组的重要部件,材质20SiMn,整个大轴锻件为锻焊结构,分三段生产(见图1).大轴锻件组焊后进行焊后热处理以消除焊接应力.由于焊接工艺由原设计为电渣焊改为窄间隙埋弧焊.因此,需要

2、向用户提供新的焊接工艺,焊接接头检查标准及检验结果,为此需要预先进行模拟焊接工艺试验对新工艺的可行性进行验证.l试验条件1.1焊接方法对比电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法.电渣焊的线能量比埋弧焊大的图1主轴示意图多,加热和冷却速度低,母材金属在高温停留的时间长,所以电渣焊焊缝的一次结晶晶粒为粗大的树枝状组织,热影响区也严重过热,这些因素都将会影响焊接性能指标;窄间隙埋弧焊接是一种高效率的厚板焊接方法,70年代以后在我国开始得到应用.由于窄问隙焊接采用狭窄坡口,因而大大减少了焊缝金属的填敷量.这不仅提高了生产率,而且减少了焊接材料和电能的消耗,降低了焊接成本1.2材料选定

3、焊接试板采用与主轴相同的20SiMn,规格为1.中国寰球T程公司高级T程师北京100101瓣34藏2009-第3期(总29期cFtyz./s1000minx200mmx200nllTl(含产品的引弧板和收尾板).焊接材料为H08Mn2MoA(见表1).表1焊接方法,焊接材料及规范2试验过程2.1焊接及热处理首先应仔细检查试件尺寸和坡口尺寸图2).图2试板坡口示意图清理坡口及坡口两侧50Into范围内的油污及铁锈,直至露出金属光泽,并且需进行磁粉探伤检验.由于此试板较长,较厚,焊接前需在背面装焊3个排型卡板将试件固定,以免焊接时试件变形.焊接前试板用煤气预热150200c【=.预热范围卫1100

4、0_热加I在焊口附近500600lIlnl.为了避免烧穿坡口,第一层至第二层采用小规范焊接,焊道搭接量为58mm,每道焊肉<3.5111113.每焊一段焊道,都须认真清理,不能有夹渣,裂纹及未焊透等缺陷.若发现缺陷,需修复后方能继续焊接.焊后割掉卡板,进行消除应力热处理图3).图3热处理曲线2.2焊缝检测试板打磨后对焊缝进行无损检测(见表2).表2试板探伤结果2.3制作试件根据试验需要将试板用插床插出相应规格和数量,然后转入机工问进行试样加工.2.4试验及试验结果(1)冷弯试验7个侧弯试验.应分别在两件试样上取得,以代表全截面.试样经D=3S,o=50弯曲后,在受弯面上(包括焊缝

5、金属和焊接热影响区)未发现任何裂纹,并且塑性变形比较均匀,其结果表明各焊道问及焊道与母材之间熔合良好.(2)拉伸试验全焊缝金属拉伸,制作3件10的拉棒进行拉伸试验,以此代表全截面(见表3).板状拉伸,制作6件试件进行板状拉伸试验,以此代表全截面(见表4).表3全焊缝金属拉伸试验结果表4接头板状拉伸试验结果fN/mmz)屈服极限强度极限断口屈服极限强度极限断口395520母材395540母材440570母材420575母材425580母材425580母材(3)Cu冲击试验沿试板厚度方向分三层取母材,焊缝和焊接热影响区做3种Cu冲击.共3组27个(见表5).表5冲击试验结果(J)母材热影响区焊缝母

6、材热影响区焊缝5615412O75160lO267l541O564l361106916498651521007515813256l6211970155107(4)化学成份检验原工艺要求用车拉棒的余屑作化学分析,后通过协商,改为采用先锯后铣方法取得样品,这样经酸腐蚀后取样比较准确(见表6).表6熔敷金属化学成分分析结果(%1(5)硬度试验(Hv)分别在母材,焊缝每隔3I/ITI一点,热影响区每隔0.5mm一点作Hv试验(见表7).表7Hv测试结果(J)母材热影响区焊缝母材热影响区焊缝1852392191712302182432392l3183202222(6)微观金相检验做微观检验见图4,图5,

7、图6.3结果分析从母材20SiMn本身来讲,冷裂纹是焊接此钢时必须注意的主要问题.由于材料的冷裂倾向和淬硬倾向之间存在着密切的联系,而淬硬倾向主要取决于母材的化学成份.20SiMn含碳量为0.19%,虽然并不高,但含有少量合金元素,因此,淬硬倾向必然比低碳钢要大一些(见表8).2o09手第期(总2期)iyz.jscfhi.cornCFHI重鼓譬鬣l|.|毫叠譬薯.:薯|热母材金相组织300x图4珠光体+铁素体焊缝金相组织300图5贝氏体回火组织表8母材化学成份f%1由16Mn和低碳钢的连续冷却曲线CCT可以看出,16Mn淬硬性要比低碳钢大,而20SiMn淬硬性比16Mn还要大一些.但当冷速不大

8、时,16Mn与低碳钢淬硬性基本相同.为此采取煤气预热150200cc,以达到降低冷速的目的.事实证明这种工艺方法是可行的.由于20SiMn中不含有碳化物形成元素,对再热裂纹不敏感.焊后消除应力热处理,在焊缝热影响区并没有产生再热裂纹.对于焊缝来讲,由前面表6可知,焊缝熔敷金属含C小于0.05%,含Mn1.60%,含SO.009%,其中Mn/S比较高,因此,焊缝对热裂纹不敏感.由于母材本身的特点和采取了行之有效的工艺措施,在焊缝,焊接热影响区及母材均没有产生焊接裂纹.并且焊缝的性能与母材是否匹配,也是此次主轴焊接工艺评定的关键.焊缝金属的机械性能取决于两个因素,一是化学成份,二是组织的饱和度.焊

9、缝的化学成份在熔合比一定情况下,取决于焊接材料.此试板采用焊丝H08Mn2MoA,它是焊接合金结构钢的一种常用焊丝.其中合金元素Mn的加入,可以作为脱硫剂,而合金元素Mo可以作为熔池中非自发晶核的质点,从而使焊缝金属晶粒细化,改善焊缝一次结晶形态,既提高焊缝强度和韧性,又改善抗裂性.2009年第3期(总129弦yz.js热区金相组织300x图6贝氏体回火组织十少量铁素体与H08Mn2MoA相匹配的焊剂SJ101在熔化以后形成的熔渣不仅起-y0隔离空气保护金属的作用,而且因其是一种氟碱性熔渣,也可以起到脱硫,脱磷的作用,有效地控制了焊缝中有害元素S和P的含量.检验结果表明焊缝熔敷金属中含SO.009%,含P0.020%,同时,其它元素也均达到了要求.决定焊缝金属的机械性能的另一要素是组织的过饱和度.它与冷却速度有很大关系.由于采用煤气预热150200,层问温度>150c【二,有效地控制了冷却速度.同时多层焊接也可以提高焊缝金属的性能.由于后一层对前一层焊缝具有附加热处理的效果,从而町以改善焊缝的二次组织.焊后热处理不仪改善了焊缝的性能,同时也改善了整个焊接接头的性能.试验统计结果_伞焊缝金属拉应力平均为(rb=690N/ram,=620N/ram,6=25%.=67%.(标准为1=560N/ram,=255N/ram,6=16%,3O%).接头板状扣伸断于母材,0-