焊接材料

　　針對15CrMo鋼的焊接性及現(xiàn)場高壓管道的工作特點，根據(jù)以往的經(jīng)驗，參照國外提供的焊接工藝卡，我們選擇了兩種方案進(jìn)行焊接試驗。

　　方案Ⅰ：焊接預(yù)熱，采用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底，E8018-B2焊條，焊條電弧焊蓋面，焊后進(jìn)行局部熱處理。

　　方案Ⅱ：采用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底，E309Mo-16焊條，焊條填充電弧焊蓋面，焊后不進(jìn)行熱處理。焊絲和焊條的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。

　　表1焊接材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能

　　型號C Mn Si Cr Ni Mo S Pδb/Mpaδ,%

　　ER80S-B2L≤0.05 0.70.41.2<0.20.5≤0.025≤0.025≤500 25

　　E8018-B2 0.070.7 0.3 1.1 0.5≤0.04≤0.03 550 19

　　E309Mo-16≤0.12 0.5～2.5 0.9 22.0～25.0 12.0～14.0 2.0～3.0≤0.025≤0.035 550 25

　　焊前準(zhǔn)備

　　試件采用15CrMo鋼管,規(guī)格為φ325×25，坡口型式及尺寸見圖1。

　　焊前用角向磨光機(jī)將坡口內(nèi)外及坡口邊緣50mm范圍內(nèi)打磨至露出金屬光澤，然后用丙酮清洗干凈。

　　試件為水平固定位置，對口間隙為4mm，采用手工鎢極氬弧焊沿園周均勻點焊六處，每處點固長度應(yīng)不小于20mm。焊條按表2的規(guī)范進(jìn)行烘烤。

　　表2焊條烘烤規(guī)范

　　焊條型號烘烤溫度保溫時間

　　E8018-B2 300℃2h

　　E309Mo-16 150℃1.5h

　　工藝參數(shù)

　　按方案Ⅰ焊前需進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)Tto-Bessyo等人提出的計算預(yù)熱溫度公式：

　　To=350√[C]-0.25（℃）式中，To——預(yù)熱溫度，℃。

　　[C]=[C]x[C]p[C]p=0.005S[C]x

　　[C]x=C（Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90式中，

　　[C]x——成分碳當(dāng)量；

　　[C]p——尺寸碳當(dāng)量；S——試件厚度（本文中S=25mm）;

　　[C]x=C（Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361

　　[C]p=0.045則To=138℃

　　因此預(yù)熱溫度選為150℃。采用氧-乙炔焰對試件進(jìn)行加溫，先用測溫筆粗略判斷試件表面的的溫度（以筆跡顏色變化快慢進(jìn)行估計），最后用半導(dǎo)體點溫計測定，測量點至少應(yīng)選擇三點，以保證試件整體均達(dá)到所要求的預(yù)熱溫度。

　　焊接時，第一層采用手工鎢極氬弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產(chǎn)生凹陷，送絲時采用內(nèi)填絲法，即焊絲通過對口間隙從管內(nèi)送入。其余各層采用焊條電弧焊，共焊6層，每個焊層一條焊道。方案Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工藝參數(shù)見表3、4。按方案Ⅰ焊

　　表3方案Ⅰ的焊接工藝參數(shù)

　　焊道名稱焊接方法焊接材料焊材規(guī)格/mm焊接電流/A電弧電壓/V預(yù)熱及層間溫度熱處理規(guī)范

　　打底層鎢板氬弧焊ER80S-B2Lφ2.4 110 12

　　填充層焊條電弧焊E8018-B2φ3.2 5 85～90 23～25150℃715。×75min

　　蓋面層焊條電弧焊E8018-B2φ3.2 5 85～90 23～25

　　表4方案Ⅱ的焊接工藝參數(shù)

　　焊道名稱焊接方法焊接材料焊材規(guī)格/mm焊接電流/A電弧電壓/V預(yù)熱及層間溫度熱處理規(guī)范

　　打底層鎢板氬弧焊ER80S-B2Lφ2.4 110 12

　　填充層焊條電弧焊E309Mo-16φ3.2 90～95 22～24//

　　蓋面層焊條電弧焊E309Mo-16φ3.2 90～95 22～24

　　接時，層間溫度應(yīng)不低于150℃，為防止中斷焊接而引起試件的降溫，施焊時應(yīng)由二名焊工交替操作，焊后應(yīng)立即采取保溫緩冷措施。

　　焊后熱處理

　　3焊接工藝評定試驗

　　試件焊后按JB4730-94《壓力容器無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%的超聲波探傷檢驗，焊縫Ⅰ級合格。按JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工藝評定試驗。評定結(jié)果見表5。

　　表5焊接工藝評定試驗結(jié)果

　　試驗方案拉伸試驗彎曲試驗沖擊韌性試驗aky（J/cm2）

　　抗拉強(qiáng)度δb/Mpa斷裂部位彎曲角度面彎背彎焊縫熔合線熱影響區(qū)(HAZ)

　　方案Ⅰ550/530母材50。合格合格84.8 162 135.6

　　方案Ⅱ525/520母材50。合格合格79.4 109.2 96.7

　　從拉伸試驗結(jié)果可知，兩種方案的拉伸試樣全部斷在母材，說明焊縫的抗拉強(qiáng)度高于母材；彎曲試驗全部合格，說明焊縫的塑性較好。根據(jù)表5中的沖擊韌性試驗結(jié)果可知，方案Ⅰ的沖擊韌性明顯高于方案Ⅱ，證明方案Ⅰ的焊后熱處理規(guī)范比較理想，高溫回火不僅達(dá)到了改善接頭組織和性能目的，而且使韌性與強(qiáng)度配合適當(dāng)。從室溫機(jī)械性能結(jié)果可知，所推薦的兩種焊接工藝方案均可用于現(xiàn)場施工。方案Ⅰ采用了與母材成分接近的焊條，焊縫性能同母材匹配，焊縫應(yīng)具有較高的熱強(qiáng)性，焊縫在高溫下長期使用不易破壞。難點是焊后熱處理規(guī)范較為嚴(yán)格，回火溫度和保溫時間及加熱和冷卻速度控制不當(dāng)反而會引起焊縫性能下降。方案Ⅱ采用了奧氏體不銹鋼焊條施焊，雖然可以省去焊后熱處理，但由于焊縫與母材膨脹系數(shù)不同，長期高溫工作時可發(fā)生碳的擴(kuò)散遷移現(xiàn)象，容易導(dǎo)致焊縫在熔合區(qū)發(fā)生破壞。因此，從使用可靠性考慮，現(xiàn)場采用方案Ⅰ施焊更為穩(wěn)妥。

　　4結(jié)論

　　15CrMo鋼厚壁高壓管的焊接采用兩種焊接方案均為可行。為了保證焊縫性能同母材匹配且具有較高的熱強(qiáng)性，采用方案Ⅰ效果更佳，關(guān)鍵是要嚴(yán)格控制焊后熱處理工藝。

　　方案Ⅱ雖可省去焊后熱處理，但焊縫在高溫下發(fā)生碳的遷移擴(kuò)散而導(dǎo)致焊縫破壞的可能性不容忽視，因此，只有在焊后無法進(jìn)行熱處理時才慎重采用。

　　15crmo鋼板重量計算公式：長×寬×厚×0.00785=kg/m