在制高压容器埋弧带极堆焊未熔合缺陷成因分析及处理对策

胡娟娟

（合肥市金塑特种设备技术服务有限公司，安徽合肥230601）

一台在制高压容器，筒体的材质15CrMoR，设计要求在其内壁埋弧带极堆焊6 mm不锈钢S32168堆焊层。制造过程中，检测人员对一个组对筒节的堆焊层耐饰层表面进行渗透检测时，发现每个焊道收弧处出现明显红色渗透显像（图1），再将焊道收弧处打磨平齐后进行渗透检测，焊道收弧处存在线性显示（图2），打磨1mm深后仍有未熔合线性显示（图3），对其进行打磨解剖目视检查确认为未熔合缺陷。发现问题后，中止了焊接工作，立即对未熔合缺陷进行成因分析，制定处理对策，保证了产品的焊接质量。

图1 秦皇岛某项目桩位图

图2 秦皇岛某项目岩土勘探报告

图3 打磨1mm深后未熔合线性显示

1 实际焊接工艺情况

组对筒体的材质15CrMoR，厚度50mm，内壁要求埋弧带极堆焊6 mm不锈钢S32168堆焊层。堆焊前对母材被堆焊面进行100%磁粉检测，确认无裂纹缺陷，并把被堆焊面对接焊缝磨平，经100%射线检测合格后，在母材表面进行双层堆焊，即过渡层堆焊（焊带为E309L-16，焊剂为EQ-309(B)）和表面耐饰层堆焊（焊带为E347-16，焊剂为EQ-347)）。通过带极堆焊方法将焊带堆焊在母材上，使焊带与母材两种材料混合凝固在一起，最终获得性能均匀与母材有良好结合的堆焊层。

该设备制造前已进行焊接工艺评定，焊接工艺评定试件的检验项目均符合要求，其主要焊接参数入下：

①电流极性: 直流反接（DCEP）；②带极尺寸：0.5×60mm；③焊接电流：550A；④焊接电压：28V；⑤焊接速度15cm·min-1；⑥焊道重叠度6mm；⑦带极伸出长度35mm。

2 缺陷原因分析

因为确认线性显示为未熔合缺陷，通过以下焊接工艺参数方面来分析未熔合缺陷产生原因。

（1）焊接电流：带极堆焊采用直流反接（DCEP）时，如果要得到合适的熔深及堆焊层厚度，要求电流密度数值区间应在20～25A/mm2。对于60mm带宽焊带，极限电流约为2000A，极限电流密度约为67A/mm2。当焊接电流550A时，折算出电流密度为18.43A/mm2，低于上述电流密度数值区间最小值20A/mm2，焊接电流确实过低，所以按此焊接电流焊接会产生未熔合缺陷；

（2）焊接电压：因焊接表面的飞溅比较少，不符合过高电压有剧烈飞溅的特征。因焊接时未发生焊带连接母材的情况可排除过低电压可能性；

（3）堆焊速度：焊接速度为15～25cm·min-1为范围值，焊接速度过低时很难再搭接处保证良好的熔合且难脱渣【文献1】。焊道两侧确实存在难以清除的焊渣，焊工曾打磨清除，仍有残留；

（4）焊接位置：焊接位置选择时，允许最大不超过坡度为3°的向上和向下堆焊，水平是最佳的焊接位置。因焊缝表面无凸起可以排除存在焊接位置存在问题情况。

综上所述：焊接电流过低导致未熔合缺陷主要因素，焊接速度偏低是次要因素。

3 处理对策

打磨清除已焊筒节焊道收弧处未熔合缺陷，并使用渗透检测方法进行确认缺陷清除情况，再使用焊条电弧焊进行补焊，补焊后渗透检测。

查阅相关工具书，重新进行焊接工艺评定，确定焊接参数：①电流极性: 直流反接（DCEP）；②带极尺寸：0.5×60mm；③焊接电流：700A，④焊接电压：28V，⑤焊接速度16cm·min-1,⑥焊道重叠度6mm；⑦带极伸出长度35mm。

将焊接电流折算成电流密度，焊接电流700A的电流密度为23.45A/mm2，符合电流密度数值区间应在20～25A/mm2范围内的要求。

按照新确定的焊接工艺参数进行组对筒节堆焊，堆焊后对焊道收弧处进行打磨，并做渗透检测，未见未熔合缺陷显示。

4 结语

焊接电流过低和焊接速度偏低会导致埋弧带极堆焊产生未熔合缺陷。

对堆焊层表面进行渗透检测时，应将发现焊道收弧处未熔合缺陷检查重点。

埋弧带极堆焊进行焊接工艺评定时，宜参考相关工具书中的经验数据来拟定焊接工艺参数，焊接电流计算成电流密度来确定是否在合适电流密度数值区间，焊接电压、焊接速度和焊接位置等焊接工艺参数也应严格控制；避免盲目制定焊接工艺评定而导致实际焊接生产中易产生焊接缺陷的情况。