接管法兰内壁CO2药芯焊丝堆焊工艺研究

2015-02-25乔岩莉李利霞权建军殷咸青

金属加工(热加工) 2015年16期

乔岩莉李利霞权建军殷咸青

接管法兰内壁CO2药芯焊丝堆焊工艺研究

乔岩莉李利霞权建军殷咸青

【摘要】针对加氢反应器接管法兰内壁堆焊309L+347L双层不锈钢的要求，选用药芯焊丝CO2堆焊，采用正交试验方法，对其堆焊参数进行了优化。通过焊接工艺评定及对实际产品进行堆焊试验，各项性能检测结果均满足有关加氢设备技术条件要求，进一步证明了堆焊参数的合理性。

1. 概述

压力容器接管法兰内壁与密封面常堆焊不锈钢耐蚀层, 以增加其耐蚀性。本文采用不锈钢药芯焊丝CO2气体保护堆焊，选用309L和347L不锈钢药芯焊丝，以正交试验方法为基础，对其堆焊参数进行了优化。由于药芯焊丝CO2气体保护堆焊（FCAW）具有焊接质量良好、生产效率高、可连续施焊等优点，并且焊后熔渣薄，极易去除，所以在加氢反应设备中的应用极为广泛。

2. 试验材料与方法

（1）堆焊材料的选用试验选用AT—Y309L及AT—Y347L，是由北京安泰科技股份有限公司焊接材料分公司生产的CO2气体保护堆焊不锈钢药芯焊丝。规格：f1.2mm、15kg。其化学成分经过复检，满足标准，实测成分含量如表1所示。

（2）堆焊装置设计堆焊试验时，除了必需的CO2焊机以外，灵活、精确可调的焊枪夹具可以使我们方便的调节许多焊接参数。如图1所示，在火焰切割用的小车上焊上夹具，既可以方便装卸焊枪，又实现了连续焊接。最重要的是实现了一些焊接参数的可调性。

主要焊接参数如下：

焊接速度：主要影响堆焊焊道的几何形状及堆焊层的稀释率，而堆焊层的稀释率直接影响着焊缝组织中铁素体的含量，进而影响奥氏体不锈钢的焊接性和抗晶间腐蚀性能。

焊枪高度：直接反映电弧长度，从而影响到电弧的稳定性、熔深、电弧能量等。

焊枪倾角：焊枪与焊道行走方向的水平面呈80°～85°夹角为最优，与焊道的垂直线呈25° ～30°夹角最合适。堆焊时采用左焊法，这样可以使堆焊焊缝均匀铺展，成形美观。

表1　焊材化学成分及实测值（质量分数）　(%)

图1　堆焊装置

图2　堆焊试板尺寸

(3)试验要求①堆焊前，待堆焊表面应除去铁锈、油污等杂质，保证焊件表面光滑平整，呈金属光泽。②待堆焊试件尺寸为320mm×220mm×20mm，如图2所示。③事先准备好秒表、直尺、堆高测量仪和数显测温

表，以便测定焊接速度、堆焊层宽度和厚度、预热温度及层间温度。④电源极性采用直流反接。⑤堆焊后应立即进行消应力热处理。⑥CO2保护气体纯度保证在99.98%以上。⑦采用双层堆焊。过渡层厚3mm，表面层厚3.5mm。保证表面层有效厚度>3mm，整个堆焊层厚度≥6.5mm。⑧堆焊过程中，严格控制层间温度。过渡层控制层间温度≤150℃，表面层控制层间温度≤100℃。

（4）试验方法设计正交试验参数水平表（六因素五水平），如表2所示。

焊机采用kempomat3200，焊接时用左焊法，即焊丝指向焊接方向，因为左焊法可视性好，熔深也小，可以保证焊道宽而平，从而可以使下一道焊缝搭接平整。为了能够看出堆焊效果，又能减少试验时间和节约试验材料，每个工艺堆焊三道，用堆高测量仪测量每道焊缝的高度，用直尺测量宽度，用秒表测量出焊每道焊缝的时间，进而计算出焊接速度。由于焊接速度用秒表测定，所以会有一定的误差，整理数据时可用三道焊缝的平均焊速。另外，焊接时还要记录每道焊缝的成形特征，看是否出现气孔，以及气孔的形状、尺寸和数目。

3. 试验结果

以堆焊层的高度、宽度以及表面成形作为试验指标：

(1) 堆高HH≤3 mm。

(2) 堆宽DD≥12 mm。

(3) 堆焊表面成形从成形是否美观，是否出现气孔，与母材的过渡是否圆滑等特征给出综合评分。

正交试验中的数据分析依据：如果几个指标在试验中的地位不相上下，那么在综合平衡较优水平时，既要看多数的倾向，也要看这个因素对哪个指标是主要因素。

对于每一个指标，将其因素的较优水平按照因素的主次顺序排列，例如，对堆高来说，因素的主次顺序是：B、C、E、F、A、D。对正交试验进行数据分析后得到三个试验指标按照因素的主次顺序排列为：

对堆高来说：B3、C5、E4；F5；A4、D4。

对堆宽来说：B3；C2、E3、F2、A4；D2。

对焊缝成形来说：B3；C5、E4、F4；D4；A3。

综合三个指标，因素B的水平最优，三个指标一致选取B4，而其他五个因素的较优水平，三个指标均有矛盾。根据正交试验中的数据分析：如果几个指标在试验中的地位不相上下，那么在综合平衡较优水平时，既要看多数的倾向，也要看这个因素对哪个指标是主要因素。最终得到本试验较优工艺参数组合：A4、B3、C5、D4、E4、F4。经过综合平衡，得到堆焊试验中最优焊接参数，如表3所示。