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 引言

我國鍋爐制造企業(yè)在積極推行先進焊接工藝， 適應(yīng)鍋爐容量參數(shù)和爐型的變化，滿足復(fù)雜鍋爐部件以及鍋爐新材料的制造要求。鍋爐的關(guān)鍵部件主要包括汽包、集箱、膜式壁和蛇形管等。其中汽包是鍋爐補給水和進行汽水分離的重要設(shè)備，是鍋爐的核心部件。汽包一般由左右封頭、封頭人孔、筒體、 下降管管座、汽水連接管座、水位表管座、安裝耳板及內(nèi)件等組成。其主要焊縫有筒節(jié)縱縫、環(huán)縫、下降管管座焊接、汽水連接管的焊接和其他附件焊接。由于汽包在鍋爐中的特殊地位,作為鍋爐的主要受壓部件,其焊接質(zhì)量倍受重視，我國國家法規(guī)對其焊接工藝和檢驗標準提出相當嚴格的要求。因此，汽包焊接工藝直接關(guān)系著其焊接質(zhì)量。鋼為德國制造，其組織穩(wěn)定，具有較高的中溫屈服強度，良好的塑性、韌性及綜合力學(xué)性能和工藝性能。鋼適用于工作溫度不高于的各種類型的焊接構(gòu)件，如鍋爐汽包、壓力容器、波形管和其他結(jié)構(gòu)件叫本研究采用埋弧自動焊接設(shè)備進行了超高壓鍋爐汽包縱縫焊接工藝試驗，分析了焊接接頭的微觀組織，進行了焊接接頭拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等研究。研究結(jié)果將為超高壓鍋爐汽包縱縫焊接工藝制訂奠定基礎(chǔ)。

1試驗材料及設(shè)備

鋼在正火加高溫回火狀態(tài)下使用，其測試的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2所示。 65mm厚的鋼350龍高溫機械性能如表3所示。

	表1 鋼的化學(xué)成分 Tab.l Chemical compositions of BHW35 steel		%
w(C)	w(Si) w(Mn) w(Ni) w(Mo) w(Cr) w(Nb)	w(P)	w(S)
0.12	0.35 1.50 0.65 0.30 0.30 0.01	0.03	0.02
表2 BHW35鋼力學(xué)性能 Tab.2 Mechanical properties of BHW35 steel
板厚 5/mm	"b S & 4 kv /MPa /MPa /% /J , cm-2	冷彎 (180°,
65	720 392 18 39	合格

                                                                                               表3 鋼350 P高溫機械性能

 

temperature (350 P)
屈服點oTMPa	抗拉強度aJMPa
343	515
333	510
304	490

 

鋼埋弧焊絲選擇原則為等強匹配。選用的焊接材料為H10Mn2NiMoA,焊絲化學(xué)成分如表4所示。該焊絲向焊縫過渡適量Mo/Ni,配合相應(yīng)焊劑可獲得綜合機械性能良好的焊縫，其化學(xué)成分如表5所示，熔敷金屬力學(xué)性能如表6所示，試驗用埋弧焊設(shè)備型號為DC-1000直流電焊機it。

                                                                                           表4 H10Mn2NiMoA化學(xué)成分

 

Tab.4 Chemical compositions of H10Mn2NiMoA %
m(C)	w(Mn)	w(Si)	w(S) w(P)	w(Cr)	耕(Mo)	w(Ni)
0.08	1.83	0.35	0.01 0.02	0.19	0.50	1.33
	Tab.5	表5焊縫金屬化學(xué)成分 Chemical compositions of weld metal				%
諷C)	w(Mn)	w(Si)	w(S) w(P)	w(Cr)	w(Mo)	w(Ni)
0.08	1.81	0.20	0.01 0.01	0.02	0.68	0.94

 

                                                                                           

2 鋼焊接性分析

鋼合金元素含量較高，其碳當量C妒Q58, 鋼的冷裂傾向較大，焊前需要預(yù)熱,隨著預(yù)熱溫度提高，過熱區(qū)硬度下降,熱影響區(qū)冷裂傾向下降。但局部高溫預(yù)熱會產(chǎn)生附加熱應(yīng)力，并隨預(yù)熱溫度的提高而增大。因此對于防止冷裂紋產(chǎn)生，只增大預(yù)熱溫度具有局限性，最好釆用低溫預(yù)熱加后熱工藝。提高焊接熱輸入也有益于防止冷裂紋發(fā)生，其焊接熱影響區(qū)淬硬傾向較大，且隨冷卻速度增加而增大，焊接接頭應(yīng)力集中較大時，易產(chǎn)生再熱裂紋

3焊接工藝試驗

鍋爐鍋筒縱縫焊接時，坡口角度16°±4°,間隙 20±1 mm,坡口型式如圖1所示。

                圖1鍋筒縱縫坡口型式

正面焊完后，預(yù)熱溫度不低于100龍，范圍不少于焊縫周邊200 mm₀碳弧氣刨清除墊板，用砂輪去除滲碳層并把焊縫打磨平整,各個焊道的焊接工藝參數(shù)如表7所示。

焊接試驗工藝為：預(yù)熱溫度1482;層間溫度152龍~272龍；除氫溫度340龍~360 龍/2.5 h；925°C ±15Y正火，升溫W150 Y/h,保溫1 h,空冷；630t ±15龍回火，升溫W150幻/h,保溫3.8 h,空冷；610r ±15龍消應(yīng)力退火，升溫W78 Y/h,保溫7.6 h,爐冷至300丁后出爐空冷。其他:背面碳弧氣刨根除墊板后焊接，氣刨前試件溫度為200龍。

4焊接工藝實驗結(jié)果

4.1焊縫外觀質(zhì)量

焊縫正面寬度51?53 mm,背面寬度47?49 mm,

 

                                                                                        表7焊接工藝參數(shù)

焊接層次	焊接方法	填充金屬		焊接電流		電弧電壓 UN	焊接速度 v/mmemin,
		型號	規(guī)格/mm	極性	電流〃A
正面1	埋弧焊	H10Mn2NiMoA SJ101	巾4	直流反接	540-550	32-33	32-33
正面2~5	埋弧焊	H10Mn2NiMoA SJ101	4>4	直流反接	590-600	33-34	31 ?32
以后各道	埋孤焊	H10Mn2NiMoA SJ101	巾4	直流反接	630?640	34-35	30-31
背面1	埋弧焊	H10Mn2NiMoA SJ101	<})4	直流反接	630-640	34-35	31-32
以后各道	埋弧焊	H10Mn2NiMoA SJ101	4>4	直流反接	630-640	34-35	30-31

 

 

正面、背面焊縫高度均為1.5~2.0 mm,焊縫高低差為0.5 mm。正面和背面焊縫無外觀缺陷,焊縫外觀檢查結(jié)果合格。焊接接頭探傷檢驗方法為磁粉探傷、 超聲波探傷,按JB4730標準評定。

4.2拉伸試驗

焊接接頭常溫拉伸試件如圖2所示，試驗結(jié)果如表8所示。焊接接頭試樣在350丁進行高溫拉伸試驗,試驗結(jié)果如表9所TH。                                                      

               

圖2常溫拉伸試件

                                                                                                      表8常溫拉伸試驗

取樣部位	試樣號	屈服強度 WMPa	抗拉強度 WMPa	延伸率 &/%
	規(guī)定值	N390	570-740	218
	1	430	625	18
焊接接頭	2	430	635	18
	3	420	620	18
	4	430	640	18
	規(guī)定值	N390	2570	N18
焊縫
	1	640	780	18.0
	表9	350 T高溫拉伸試驗
Tab.9	Tensile test at high temperature (350 ©
取樣部位	試樣號	屈服強度	抗拉強度	延伸率
		crs/MPa	WMPa	&/%
	規(guī)定值	、333	N510	N18
	1	440	530	18
焊接接頭
	2	495	515	18
	3	480	505	18

 

 

 

4.3常溫彎曲試驗

在彎曲角度100。,彎曲直徑C=3S的條件下做側(cè)彎試驗,取兩組8個試樣進行試驗，試驗結(jié)果完好°側(cè)彎試件如圖3所示。

圖3側(cè)彎試件

4.4沖擊試驗

焊接接頭沖擊試驗后的試件如圖4所示，試驗結(jié)果如表10所示,數(shù)據(jù)表明沖擊值符合要求。

圖4沖擊試件

                                                                                                  表 10沖擊試驗結(jié)果

 

	Tab.10	Results of Impact test		/J
缺口位置	1	試件號 2	3	規(guī)定值
焊縫區(qū)	53	38	44	N41
近縫區(qū)	164	193	168	N41
焊縫區(qū)	151	173	181	N41
近縫區(qū)	172	163	182	N41

 

圖8焊接接頭的焊縫組織

5結(jié)論

(1 )埋弧自動焊接超高壓鍋爐汽包縱縫焊接接頭熱影響區(qū)組織為鐵素體和貝氏體，熔合線組織為貝氏體,焊縫組織為少量鐵素體和貝氏體。

(2)埋弧自動焊接超高壓鍋爐汽包縱縫焊接接頭的常溫、350Y高溫的拉伸試驗、彎曲試驗和沖擊試驗結(jié)果表明，接頭力學(xué)性能符合使用性能要求，焊接工藝可行。

(3)鍋爐汽包縱縫焊接釆用埋弧焊，開V型坡口，經(jīng)過預(yù)熱、消氫處理、正火、回火、退火等熱處理等措施合理，保證了接頭焊接質(zhì)量。

 

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