高爐焊接中兩種焊接方法的適用性研究

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高爐焊接中兩種焊接方法的適用性研究

高爐焊接中兩種焊接方法的適用性研究

來源:310S大口徑耐高溫焊接管 ? 發布:2020-04-25 10:54:10 ? 類別:不銹鋼焊管

在高爐爐殼的焊接中,電渣焊和氣電立焊是兩種生產效率很高的焊接方法,但由于這兩種方法的熱輸入量很大,將給焊縫和熱影響區的組織和力學性能帶來不利的影響。本文即通過測定焊接接頭的力學性能,來研究電渣焊和氣電立焊在高爐焊接中的適用性。

1前言

在高爐、大型儲油罐等厚板結構立焊縫的焊接中,為了提高焊接效率,發展了電渣焊和氣電立焊兩種焊接方法。兩者的焊接技術基本相似,所不同的是電渣焊是利用電阻熱熔化金屬,而氣電立焊則是利用電弧熱來熔化金屬,能量密度比電渣焊高且更加集中。這兩種方法都具有生產效率高、成本低的優點。但這兩種焊接方法的熱輸入量大,焊接接頭的性能將無可避免的惡化,甚至無法滿足使用要求。本文將通過試驗研究電渣焊和氣電立焊在高爐等結構焊接中的適用性。

2鋼材選用

試驗使用鋼材的力學性能和化學成分見表1和表2。

該組材料經熱疲勞試驗(試驗結果見表3),其性能優于常用的高爐用鋼BB503,完全滿足高爐用鋼的要求。

3電渣焊的適用性研究

電渣焊有熔絲電渣焊和熔嘴電渣焊兩種,熔嘴電渣焊是在焊縫的兩側用鋼襯條做墊板并與主結構焊接在一起,接頭形式見圖1,沒有輔助冷卻措施。熔絲電渣焊不使用墊板,接頭形式見圖2,焊接過程中使用水冷滑塊冷卻。

3. 1熔嘴電渣焊

3.1.1熔嘴電渣焊的焊材和工藝參數

4為本次試驗中熔嘴電渣焊所使用的焊材及工藝參數。

3.1.2試驗結果分析

試驗結果見表5。

從試驗結果可看出,焊縫的拉伸性能都合格,但數值都偏低;彎曲性能只有Q345C鋼板的兩個試件的性能達不到原BB503彎曲100o合格的水平,其它試驗都超過這一指標。本次試驗中焊縫的常溫沖擊試驗結果都較理想,但是0℃焊縫的沖擊結果很差,因此,可以認為試驗焊接材料或采用的焊接工藝還不合適,焊縫的沖擊結果明顯不穩定。

3.2熔絲電渣焊

3.2.1熔絲電渣焊的焊材和工藝參數

6和表7分別為實驗所使用的焊接材料和工藝參數。

3.2.2試驗結果及分析

對各組焊接接頭分別進行拉伸、彎曲、沖擊試驗,沖擊的實驗溫度為0℃,取BB503的沖擊功合格值為本實驗的合格值。試驗結果見表8。

由表8中的數據可以看出,各組試件的拉伸均斷于母材上,除Q345B的抗拉強度較低外,其他鋼種均能達到要求,但試驗數值都偏低,本文也沒有進一步做試驗研究其對強度的影響,只能說明熔絲電渣焊這種焊接方法可以得到強度合格的焊縫,至于其對強度的影響還需要進一步的研究。而所有試驗接頭的彎曲試驗都達到了母材的要求,優于BB503的試驗結果,說明接頭的塑形良好。因此電渣焊的高熱輸入對性能的影響主要體現韌性上。表8中熱影響區的沖擊功值雖然高于BB503所要求的34J的標準,但較母材的沖擊值已大大的下降,在更惡劣的環境或對韌性要求更高的情況下,電渣焊將無法保證熱影響區的韌性要求。高熱輸入對焊縫的韌性的影響比熱影響區還要嚴重,從表8中可以看出,絕大多數試件的沖擊值都小于34J,已經無法滿足現有標準的要求,盡管焊縫的韌性可以通過改變焊材的化學成分來調節,但電渣焊的高熱輸入將使之很難實現。綜上本次試驗中熔嘴電渣焊和熔絲電渣焊的試驗結果,基本上可以認為電渣焊這種焊接方法不適用于高爐爐殼的焊接。

4氣電立焊的適用性研究

氣電立焊與電渣焊相比,除焊接方法和保護方式的變化外,氣電立焊明顯的特點是采用了小的坡口角度和實現了更快的焊接速度,從而有效地降低了焊接線能量,為焊接接頭性能的提高提供了保證。

4.1實驗過程

氣電立焊仍使用表1中的鋼板,保護氣體為二氧化碳氣體,焊絲為天津市三英焊業有限責任公司生產的SQL507,焊絲直徑為Φ1.6mm,焊絲的化學成分及機械性能見表9。

試驗采用的焊接工藝參數見表10。

4.2實驗結果及分析

各組試件的拉伸、彎曲和沖擊的結果見表11。在本次試驗條件下,氣電立焊試驗顯示了良好的力學性能,其拉伸強度合格,彎曲性能滿足3倍彎心下180o合格,0℃時焊縫的沖擊值在50J以上,熱影響區的沖擊值在86J以上,部分試驗結果顯示-20℃時氣電立焊焊縫的沖擊功也能夠滿足高爐爐殼的要求;與原BB503電渣焊的試驗結果相比,本次氣電立焊試驗的彎曲和沖擊性能明顯更佳。

4.3氣電立焊焊縫金屬的金相分析

本次試驗中針對氣電立焊試驗進行了焊縫金屬的金相分析,氣電立焊各接頭的組織特點比較接近,大概為焊縫區組織的特點主要為呈方向性明顯的柱晶,柱晶晶界為先共析鐵素體,鐵素體邊緣有少量珠光體,晶內組織多為針狀鐵素體和粒狀貝氏體交叉混合組織,其中粒貝中的島狀相已分解;HAZ-粗晶區先共析鐵素體沿原奧氏體晶粒邊界分布,在先共析鐵素體邊緣有少量珠光體;晶內組織多數為針狀鐵素體和粒狀貝氏體交叉混合分布的組織;HAZ-細晶區組織為鐵素體、珠光體和少量針狀鐵素體;HAZ-不完全重結晶區組織為鐵素體和珠光體。

5結論

從本次試驗的結果來看,因為電渣焊焊縫區的韌性較差,在對焊接接頭的韌性有較高要求的情況下,不推薦使用電渣焊。氣電立焊的焊縫及熱影響區的強度、塑性、韌性能夠達到標準的要求,各個指標都優于電渣焊,尤其在對接頭有韌性要求時,氣電立焊更體現出其優越性,因此在高爐爐殼的焊接中是一種值得推廣的焊接方法。但本次試驗的試驗量不足,沒有顧及到影響焊接接頭性能的各個因素,因此如果要在高爐爐殼焊接中應用氣電立焊,必須根據實際情況,進行相應的試驗,在試驗的基礎上制定正確的焊接工藝,才能使氣電立焊更好的應用到生產中去,提高生產效率。

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