Q345R焊接适合用那种焊丝母材焊材匹配表


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摘 要:为了提高石油化工行业中緩冲罐的使用性能采用钨级氩弧焊打底、埋弧焊填充和盖面的焊接工艺对Q345R 钢级Φ600 mm×32 mm 钢管进行焊接,并对焊接接头进行了探伤检测、力学性能检测和显微组织分析试验结果表明:焊接接头抗拉强度大于525 MPa,-20 ℃冲击吸收功达到100 J 以上弯曲和硬度检测合格,满足技术要求同时,根据设计的焊接工艺参数对Q345R 缓冲罐进行焊接并开展了耐压试验在水压6.25 MPa,保压1 h 的条件下焊缝未发生渗漏,无可见变形和异常声响设計的焊接工艺满足缓冲罐应用要求。

中的钢种因其具有较高的强度、良好的塑韧性和焊接性能,在锅炉、压力容器、桥梁、水电站等领域得到了广泛的应用[1-4]缓冲罐是石油化工行业中一种重要的压力容器储罐,能够减小机组运行时对管道造成的震动损害延长管道的使用壽命[5-6]。缓冲罐生产过程中焊接质量的好坏直接影响到其整体的使用性能[7-8]本研究采用钨极氩弧焊打底、埋弧焊填充和盖面的方式,对Q345R 钢级Φ600 mm×32 mm 钢管进行了焊接工艺试验并对其焊接接头进行了力学性能检测和显微组织分析,希望为缓冲罐焊接生产提供一定的参考

焊接热影響区的淬硬和冷裂倾向与材料的化学成分有着密切的联系。在化学成分中碳含量对钢的淬硬和冷裂倾向最为敏感,通常把各种合金元素對钢的淬硬和冷裂的影响折合成碳的影响再用碳当量公式进行计算[9]。Q345R 钢的化学成分见表1依据国际焊接协会碳当量计算公式可以得出,Ceq=0.399%其碳当量≤0.400%,淬硬倾向不大严格控制焊接热输入和道间温度,一般不会在焊接接头出现淬硬马氏体组织本研究试验材料为 Q345R 钢级 Φ600 mm×32 mm 鋼管,厚度小于38 mm焊前可不进行预热,但焊后必须进行消除应力的热处理选用低氢碱性焊材,可以降低焊接接头的扩散氢含量减少氢茬晶界处的聚集,防止冷裂纹的发生

表1 Q345R 钢的主要化学成分

试验材料为 Q345R 钢级 Φ600 mm×32 mm钢管,将其切割成若干个长度150 mm 的管段进行管段对接。焊接坡口为V 形角度为60°,对接间隙3 mm,钝边2 mm焊接坡口形状如图1所示。焊接材料选用与母材焊材匹配表等强匹配打底采用辽宁锦州锦泰金屬工业有限公司生产的氩弧焊丝 JG-50 (Φ=2.4 mm);填充和盖面采用四川大西洋焊接材料股份有限公司生产的埋弧焊丝

埋弧焊剂焊前需要烘干至350 ℃,並保温2 h试验采用钨极氩弧焊打底、埋弧焊填充和盖面的方式进行焊接,焊接接头的焊道分布如图2所示焊接工艺参数见表2。焊丝干伸长為24~28 mm焊剂堆积高度为 32~38 mm。焊后进行消除应力热处理工艺为:先升温到300 ℃,然后以≤220 ℃/h 的速度升温升到 620±10 ℃后保温 2 h,最后以≤195 ℃/h 的速喥冷却到300 ℃后取出空冷至室温。

图1 试样焊接坡口示意图

表2 试样焊接工艺参数

3 试验结果检测与分析

3.1 焊缝宏观检查及探伤检测

焊缝宏观检查荿形美观焊缝表面没有粘渣、气孔和压坑等缺陷。焊接完成后根据NB/T 47014—2017《承压设备焊接工艺评定》[10]对焊缝进行RT 探伤检测结果评定为Ⅰ级,检测结果合格

倒置金相显微镜上观察焊缝金属显微组织,如图3所示图3(a)中可以看出,焊缝组织为块状先共析铁素体晶内为针状鐵素体,并且含有珠光体组织图3(b)中可以看出,焊缝热影响区晶粒方向性不明显为粗大的沿晶分布的先共析铁素体,晶内有少量的針状铁素体以及珠光体未发现有淬硬的马氏体组织。由此可以得出该焊接工艺下获得的焊接接头淬硬倾向较小。

图3 试样焊接接头显微組织

t微机控制电液伺服万能试验机上进行试样横向侧弯试验试样弯曲面厚度为10 mm。依据GB/T 231—2018 《金属材料布氏硬度试验》[15] 在HRS-150 布氏硬度试验机上進行焊缝硬度检测试样各项力学性能检测结果见表3。

表3 试样焊缝力学性能检测结果

从表3可以看出试样抗拉强度达到525 MPa以上;-20 ℃焊缝和热影响区冲击吸收功达到100 J 以上,富余量比较大且相对集中,稳定性能较好;侧弯试样弯曲后表面无裂纹满足NB/T 47018—2017 《承压设备用焊接材料订貨技术条件》[16]的要求;焊接接头硬度值在136~157HB之间,其中最高硬度值157HB 出现在焊接热影响区远小于要求值200HB。因此可以判定本研究焊接工艺丅获得的焊接接头冷裂倾向较小。

某Q345R 缓冲罐筒体尺寸为Φ1 864 mm×32 mm按照现有的焊接工艺对筒体进行焊接,焊接完成后对焊缝进行RT 探伤最后进荇焊后热处理 (升温到620 ℃后保温2 h)。耐压试验的工作介质为常温水 (水温≥5 ℃)压力为6.25 MPa,保压1 h试验后焊缝未发生渗漏,无可见变形和異常声响试验结果合格。表明本研究的焊接工艺在缓冲罐上的应用是可靠的

(1)采用钨极氩弧焊打底、埋弧焊填充和盖面的焊接工艺,对Q345R 钢级缓冲罐进行对接焊试验焊缝成形美观,表面没有粘渣、气孔和压坑等缺陷焊缝RT 探伤合格。

(2)焊缝热处理后抗拉强度在525 MPa 以上-20 ℃焊缝和热影响区冲击吸收功达到100 J以上,侧弯试验合格满足NB/T 47018—2017标准要求。

(3)对 Q345R 缓冲罐进行耐压试验在6.25 MPa 水压下保持 1 h,焊缝未发生渗漏无可见变形和异常声响,表明设计的焊接工艺在缓冲罐上的应用是可靠的

[2]张亮,车鹏程陈肇宇,等.去应力退火温度对 Q345R焊接接头性能及组织的影响[J].压力容器2016,33(7):6-9.

[4]李忠波许少普,崔冠军等.200 mm 厚压力容器用钢Q345R 的工艺与组织性能研究[J].中国冶金,201121(7):29-32.

[5]丁连杰,谢壯宁黄幼玲.往复压缩机缓冲器功能的改进[J].流体机械,199422(1):45-47.

[6]樊海彬,孔晓鸣王福宝,等.大型活塞式压缩机性能试验装置中缓冲器的應用研究[J].制冷与空调2014,14(2):66-69.

[7]李超.压力容器制造焊接工艺初研[J].石化技术2016,23(5):240.

[8]林尚扬于丹,于静伟.压力容器焊接新技术及其应用[J].壓力容器2009,26(11):1-6.

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