厚大型35CrMo筒的焊接
2021-05-12 10:20
admin
35CrMo屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，碳含量高，合金含量多，在焊接過(guò)程中沒(méi)有自回火現(xiàn)象，對(duì)焊接提出了更高的要求。
公司生產(chǎn)的防噴器調(diào)試支座產(chǎn)品，均采用35CrMo鍛件，之前為整體鍛造，制造成本很髙， 如果能夠制造，則鍛造成本將大為降低，但焊接厚度為98mm,能否焊接成功， 最為關(guān)鍵的工序，法蘭和接頭型式。
焊接熱影響區(qū)的脆化和軟化
由于含碳量高，合金含量多，焊接性較差，在快速冷卻時(shí)，焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生的馬氏體組織沒(méi)有自回火現(xiàn)象，產(chǎn)生硬度很高，容易造成熱影響區(qū)的脆化和軟化。
再熱裂紋
由于中碳調(diào)質(zhì)鋼碳和合金元素含量高，焊接熔池凝固時(shí)，固液溫度區(qū)間大，結(jié)晶偏析傾向大，因而焊接時(shí)具有較大的再熱裂紋傾向。
焊接控制措施，人員的控制
根據(jù)結(jié)構(gòu)型式可以看出，內(nèi)徑為346mm， 并且組對(duì)后高度約430mm，如果焊接出現(xiàn)缺陷，從內(nèi)部是無(wú)法返修的，只能從外部進(jìn)行返修， 如果產(chǎn)生返修，98mm的厚度，是需要鏟除很長(zhǎng)的焊縫，才可能返修到缺陷位置，并且返修位置可能因?yàn)楹附討?yīng)力等的作用，造成更大的缺陷，甚至報(bào)廢；因此要盡量控制好人員因素而帶來(lái)的不利影響。
參照TSG Z6002-2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》考核的辦法，選取1名GTAW焊工打底，6名SMAW焊工填充焊、蓋面焊，首先進(jìn)行理論培訓(xùn)加實(shí)際的操作培訓(xùn)后，鍛打出400mm x 130mm x 20mm的鍛件，按照焊接工藝規(guī)程（經(jīng)過(guò)評(píng)定的工藝），參照現(xiàn)實(shí)工作的焊接位置焊接 并進(jìn)行無(wú)險(xiǎn)檢測(cè)，7名焊工領(lǐng)悟了焊艘求， 并經(jīng)考核合格后，確定為此產(chǎn)品的正式焊工。
機(jī)器的控制
選擇性能穩(wěn)定的設(shè)備，并且各儀表均經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，并且在有效區(qū)內(nèi)方可使用。
焊接方法：焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接方法有GTAW、SMAW、GMAW、SAW。
GTAW焊接時(shí)焊縫含氫量低，產(chǎn)生的焊接應(yīng)力小，是焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的好方法，但焊接厚大的工件是不可能的，只能用于產(chǎn)品的打底焊接。
SMAW是通用的焊接方法，焊接靈活，產(chǎn)生的應(yīng)力介于GTAW和SAW之間，氫含量比GTAW高，不過(guò)選用低氫的焊接材料，可以降低氫的含量。
GMAW焊接時(shí)含氫量低，并且焊接速度快，熱量集中，為焊接此厚大件的好方法。
SAW熱影響區(qū)寬，并且線能量大，容易使中碳鋼熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化，不利于中碳鋼的焊接。
根據(jù)公司情況，先前考慮用公司的自動(dòng)GMAW 焊機(jī)，由于沒(méi)有合適的GM-AW焊接工裝，則放棄此焊接方法；而考慮半自動(dòng)GMAW焊接’氣孔不好控制，則也放棄。所以采用了 GTAW+SMAW焊接。
工藝方法
為了防止產(chǎn)生熱影響區(qū)的脆化和軟化，充分考慮焊接方法，并采用小的線能量焊接，降低熱影響區(qū)寬度，并細(xì)化其焊縫的晶粒；但小的線能量容易產(chǎn)生硬的組織，所以采用合適的預(yù)熱加小的線能量來(lái)實(shí)現(xiàn)減少熱影響區(qū)脆化和軟化程度。
冷裂紋控制措施：采取焊前預(yù)熱，降低其冷卻速度，降低接頭的淬硬組織，并在焊后立刻熱處理的工藝方案；焊接時(shí)選用低氫型焊接材料，并設(shè)計(jì)成圖示的坡口型式，減少應(yīng)力。
再熱裂紋控制：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用達(dá)到母材強(qiáng)度，而塑性和韌性強(qiáng)于母材的焊接材料， 嚴(yán)格控制焊材和母材的S/P含量。
焊后變形的處理
因爐蓋表面積較大，厚度較薄，焊縫較多，焊后還有一定的變形量,但在可控范圍內(nèi)。因此焊后拆開，采用局部火焰校正法或用錘擊焊縫法來(lái)進(jìn)行獨(dú)立校正，校正后的各扇水蓋及中間圓水蓋預(yù)組裝，經(jīng)實(shí)測(cè)，爐蓋的局部凹凸度均小于10mm，兩連接法蘭的間隙正負(fù)3mm,完全滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期的效果在焊接時(shí)采用剛性固定法來(lái)控制焊接變形，剛性間定法會(huì)使得焊接接頭中產(chǎn)生較大的焊接內(nèi)應(yīng)力，所以最后再采用振動(dòng)時(shí)效法來(lái)消除焊縫的殘余內(nèi)應(yīng)力，使焊接接頭質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。 該水冷爐蓋由于通過(guò)采用合理的焊接方法， 焊接順序，焊接工藝參數(shù)及行之有效的防變形措施，使?fàn)t蓋的焊接質(zhì)量及整體變形量得到了 有效控制，水冷爐蓋的拼接焊縫按JB/T4730-2005 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行了100%超聲探傷，全部達(dá)II級(jí)以上合格，對(duì)密封角焊縫進(jìn)行了100%磁粉或著色探傷，達(dá)Ⅱ級(jí)以上合格，爐蓋整體按壓力0.5MPa進(jìn)行水壓試驗(yàn)，保壓30min無(wú)滲漏，完全符合《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》質(zhì)量要求，水冷爐蓋整體質(zhì)量滿足了安裝及使用要求，這種剛性同定法的成功應(yīng)用，為以后大型組裝焊接提供了借鑒。
公司生產(chǎn)的防噴器調(diào)試支座產(chǎn)品，均采用35CrMo鍛件，之前為整體鍛造，制造成本很髙， 如果能夠制造，則鍛造成本將大為降低，但焊接厚度為98mm,能否焊接成功， 最為關(guān)鍵的工序，法蘭和接頭型式。
焊接熱影響區(qū)的脆化和軟化
由于含碳量高，合金含量多，焊接性較差，在快速冷卻時(shí)，焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生的馬氏體組織沒(méi)有自回火現(xiàn)象，產(chǎn)生硬度很高，容易造成熱影響區(qū)的脆化和軟化。
再熱裂紋
由于中碳調(diào)質(zhì)鋼碳和合金元素含量高，焊接熔池凝固時(shí)，固液溫度區(qū)間大，結(jié)晶偏析傾向大，因而焊接時(shí)具有較大的再熱裂紋傾向。
焊接控制措施，人員的控制
根據(jù)結(jié)構(gòu)型式可以看出，內(nèi)徑為346mm， 并且組對(duì)后高度約430mm，如果焊接出現(xiàn)缺陷，從內(nèi)部是無(wú)法返修的，只能從外部進(jìn)行返修， 如果產(chǎn)生返修，98mm的厚度，是需要鏟除很長(zhǎng)的焊縫，才可能返修到缺陷位置，并且返修位置可能因?yàn)楹附討?yīng)力等的作用，造成更大的缺陷，甚至報(bào)廢；因此要盡量控制好人員因素而帶來(lái)的不利影響。
參照TSG Z6002-2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》考核的辦法，選取1名GTAW焊工打底，6名SMAW焊工填充焊、蓋面焊，首先進(jìn)行理論培訓(xùn)加實(shí)際的操作培訓(xùn)后，鍛打出400mm x 130mm x 20mm的鍛件，按照焊接工藝規(guī)程（經(jīng)過(guò)評(píng)定的工藝），參照現(xiàn)實(shí)工作的焊接位置焊接 并進(jìn)行無(wú)險(xiǎn)檢測(cè)，7名焊工領(lǐng)悟了焊艘求， 并經(jīng)考核合格后，確定為此產(chǎn)品的正式焊工。
選擇性能穩(wěn)定的設(shè)備，并且各儀表均經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，并且在有效區(qū)內(nèi)方可使用。
焊接方法：焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接方法有GTAW、SMAW、GMAW、SAW。
GTAW焊接時(shí)焊縫含氫量低，產(chǎn)生的焊接應(yīng)力小，是焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的好方法，但焊接厚大的工件是不可能的，只能用于產(chǎn)品的打底焊接。
SMAW是通用的焊接方法，焊接靈活，產(chǎn)生的應(yīng)力介于GTAW和SAW之間，氫含量比GTAW高，不過(guò)選用低氫的焊接材料，可以降低氫的含量。
GMAW焊接時(shí)含氫量低，并且焊接速度快，熱量集中，為焊接此厚大件的好方法。
SAW熱影響區(qū)寬，并且線能量大，容易使中碳鋼熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化，不利于中碳鋼的焊接。
根據(jù)公司情況，先前考慮用公司的自動(dòng)GMAW 焊機(jī)，由于沒(méi)有合適的GM-AW焊接工裝，則放棄此焊接方法；而考慮半自動(dòng)GMAW焊接’氣孔不好控制，則也放棄。所以采用了 GTAW+SMAW焊接。
工藝方法
為了防止產(chǎn)生熱影響區(qū)的脆化和軟化，充分考慮焊接方法，并采用小的線能量焊接，降低熱影響區(qū)寬度，并細(xì)化其焊縫的晶粒；但小的線能量容易產(chǎn)生硬的組織，所以采用合適的預(yù)熱加小的線能量來(lái)實(shí)現(xiàn)減少熱影響區(qū)脆化和軟化程度。
冷裂紋控制措施：采取焊前預(yù)熱，降低其冷卻速度，降低接頭的淬硬組織，并在焊后立刻熱處理的工藝方案；焊接時(shí)選用低氫型焊接材料，并設(shè)計(jì)成圖示的坡口型式，減少應(yīng)力。
再熱裂紋控制：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用達(dá)到母材強(qiáng)度，而塑性和韌性強(qiáng)于母材的焊接材料， 嚴(yán)格控制焊材和母材的S/P含量。
焊后變形的處理
因爐蓋表面積較大，厚度較薄，焊縫較多，焊后還有一定的變形量,但在可控范圍內(nèi)。因此焊后拆開，采用局部火焰校正法或用錘擊焊縫法來(lái)進(jìn)行獨(dú)立校正，校正后的各扇水蓋及中間圓水蓋預(yù)組裝，經(jīng)實(shí)測(cè)，爐蓋的局部凹凸度均小于10mm，兩連接法蘭的間隙正負(fù)3mm,完全滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期的效果在焊接時(shí)采用剛性固定法來(lái)控制焊接變形，剛性間定法會(huì)使得焊接接頭中產(chǎn)生較大的焊接內(nèi)應(yīng)力，所以最后再采用振動(dòng)時(shí)效法來(lái)消除焊縫的殘余內(nèi)應(yīng)力，使焊接接頭質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。 該水冷爐蓋由于通過(guò)采用合理的焊接方法， 焊接順序，焊接工藝參數(shù)及行之有效的防變形措施，使?fàn)t蓋的焊接質(zhì)量及整體變形量得到了 有效控制，水冷爐蓋的拼接焊縫按JB/T4730-2005 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行了100%超聲探傷，全部達(dá)II級(jí)以上合格，對(duì)密封角焊縫進(jìn)行了100%磁粉或著色探傷，達(dá)Ⅱ級(jí)以上合格，爐蓋整體按壓力0.5MPa進(jìn)行水壓試驗(yàn)，保壓30min無(wú)滲漏，完全符合《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》質(zhì)量要求，水冷爐蓋整體質(zhì)量滿足了安裝及使用要求，這種剛性同定法的成功應(yīng)用，為以后大型組裝焊接提供了借鑒。
