1 概要
許多塔制造中主體材料采用耐熱鋼15CrMoR,由于塔體不斷經受冷熱疲勞, 軸向和縱向溫差引起局部的塑性變形, 長期使用易造成塔體鼓脹。而14Cr1MoR 鋼在小于600 ℃溫度下有較好的熱強度及抗氧化抗氫、硫腐蝕性能。對14Cr1MoR 鋼板進行焊接工藝試驗,以制定合理的焊接工藝。
2.1 確定焊接方法及焊材
通過對14Cr1MoR 鋼板的化學成分以及主要力學性能指標進行分析及測試。為保證熱膨脹系數、焊縫金屬成分和性能與母材相匹配,且具有必要的熱強度性,選定焊接用的電焊條牌號為R307BL ,焊接方法為焊條手工電弧焊。
根據塔實際厚度并按焊接工藝評定標準要求,選用厚度δ= 20 mm 14Cr1MoR 鋼板進行焊接試驗。
2.2 焊接工藝參數的確定
由于該種材料的焊接工藝及焊接方法目前還沒有公開的資料可供借鑒,因此,針對該種材料的化學成分及力學性能按常規的焊接試驗思路制定了主要控制點,即預熱溫度、層間溫度、后熱溫度、焊后熱處理溫度及輸入線能量5 個參數。參考已成熟的鉻鉬鋼焊接工藝,選擇預熱溫度為160～200 ℃, 層間溫度為160～250 ℃,后熱溫度為200～250 ℃,焊后熱處理溫度按焦炭塔設計文件要求為:690 ℃±14 ℃×2 h 并緩慢冷卻。試驗結果: 100 % RT 探傷按JB4730 —94 的Ⅱ級合格;主要力學性能指標:抗拉強度、屈服強度、延伸率、斷面收縮率均合格,焊接試件母材區、熱影響區的常溫及0 ℃沖擊吸收功均合格,但焊縫區3 個試樣的0 ℃沖擊吸收功及2 個試樣的常溫沖擊吸收功不合格
2.1 確定焊接方法及焊材
通過對14Cr1MoR 鋼板的化學成分以及主要力學性能指標進行分析及測試。為保證熱膨脹系數、焊縫金屬成分和性能與母材相匹配,且具有必要的熱強度性,選定焊接用的電焊條牌號為R307BL ,焊接方法為焊條手工電弧焊。
根據塔實際厚度并按焊接工藝評定標準要求,選用厚度δ= 20 mm 14Cr1MoR 鋼板進行焊接試驗。
2.2 焊接工藝參數的確定
由于該種材料的焊接工藝及焊接方法目前還沒有公開的資料可供借鑒,因此,針對該種材料的化學成分及力學性能按常規的焊接試驗思路制定了主要控制點,即預熱溫度、層間溫度、后熱溫度、焊后熱處理溫度及輸入線能量5 個參數。參考已成熟的鉻鉬鋼焊接工藝,選擇預熱溫度為160～200 ℃, 層間溫度為160～250 ℃,后熱溫度為200～250 ℃,焊后熱處理溫度按焦炭塔設計文件要求為:690 ℃±14 ℃×2 h 并緩慢冷卻。試驗結果: 100 % RT 探傷按JB4730 —94 的Ⅱ級合格;主要力學性能指標:抗拉強度、屈服強度、延伸率、斷面收縮率均合格,焊接試件母材區、熱影響區的常溫及0 ℃沖擊吸收功均合格,但焊縫區3 個試樣的0 ℃沖擊吸收功及2 個試樣的常溫沖擊吸收功不合格
該試驗結果說明用常規的焊接方法焊接14Cr1MoR 鋼板,沖擊韌性不能滿足設計要求。出現這種情況的原因是14Cr1MoR 鋼焊縫區在回火時,可能存在回火脆性傾向,因而隨著溫度的升高,會使沖擊韌性下降,甚至開裂。
基于這種考慮,重新制定工藝參數再次進行焊接試驗。為了避開Cr - Mo 鋼400～700 ℃的回火脆化敏感區,同時滿足設計要求,選擇焊后熱處理溫度704 ℃,恒溫2 小時后緩慢冷卻;仍按設計要求選用牌號為R307BL 的焊條進行焊接; 控制預熱和層間溫度不超過250 ℃, 并控制在200～250 ℃之間; 通過控制焊接參數(電流、電壓及焊接速度) 來控制焊接輸入線能量,同時采用多層多道焊、窄道焊及小幅擺動焊條(擺動參數為0～8 mm) 進行焊接。
接頭性能測試表明達到了預期的效果,沖擊吸收功全部合格,滿足設計要求,
基于這種考慮,重新制定工藝參數再次進行焊接試驗。為了避開Cr - Mo 鋼400～700 ℃的回火脆化敏感區,同時滿足設計要求,選擇焊后熱處理溫度704 ℃,恒溫2 小時后緩慢冷卻;仍按設計要求選用牌號為R307BL 的焊條進行焊接; 控制預熱和層間溫度不超過250 ℃, 并控制在200～250 ℃之間; 通過控制焊接參數(電流、電壓及焊接速度) 來控制焊接輸入線能量,同時采用多層多道焊、窄道焊及小幅擺動焊條(擺動參數為0～8 mm) 進行焊接。
接頭性能測試表明達到了預期的效果,沖擊吸收功全部合格,滿足設計要求,
對比兩次焊接試驗接頭熱影響區金相照片,表明沖擊功偏低時,金相組織晶粒明顯不均勻分布和變大。
模擬實際焊接工況進行試驗, 確定的焊接工藝參數(見表7) 為: (1) 焊前需預熱焊縫處及兩側各100 mm,預熱溫度為200～250 ℃, 焊接過程中控制層間溫度不超過250 ℃; (2) 嚴格控制線能量,盡量采用小的線能量; (3) 焊接結束立即對試板采取200～250 ℃后熱處理, 時間2小時, 待后熱處理緩慢冷卻后, 再對試板進行焊后熱處理, 熱處理溫度為704 ℃,恒溫2 小時后緩慢冷卻。焊后按照JB4730 —94 對試板進行100 %UT 探傷, 100 %RT 探傷, 均合
格。參照JB4708 —2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》及GB/ T4338 —1995《金屬材料高溫拉伸試驗》在試板上截取焊接接頭試樣進行力學性能試驗及化學成分分析試驗。各項技術指標均符合要求。
模擬實際焊接工況進行試驗, 確定的焊接工藝參數(見表7) 為: (1) 焊前需預熱焊縫處及兩側各100 mm,預熱溫度為200～250 ℃, 焊接過程中控制層間溫度不超過250 ℃; (2) 嚴格控制線能量,盡量采用小的線能量; (3) 焊接結束立即對試板采取200～250 ℃后熱處理, 時間2小時, 待后熱處理緩慢冷卻后, 再對試板進行焊后熱處理, 熱處理溫度為704 ℃,恒溫2 小時后緩慢冷卻。焊后按照JB4730 —94 對試板進行100 %UT 探傷, 100 %RT 探傷, 均合
格。參照JB4708 —2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》及GB/ T4338 —1995《金屬材料高溫拉伸試驗》在試板上截取焊接接頭試樣進行力學性能試驗及化學成分分析試驗。各項技術指標均符合要求。
3 結語
試驗證明,選用此種焊接工藝及方法進行現場焦炭塔的焊接,能夠完全滿足設計要求的各項技術指標和使用性能。評定合格的焊接工藝及方法, 為焊接同種鋼材奠定了良好的基礎。
試驗證明,選用此種焊接工藝及方法進行現場焦炭塔的焊接,能夠完全滿足設計要求的各項技術指標和使用性能。評定合格的焊接工藝及方法, 為焊接同種鋼材奠定了良好的基礎。