Q345R球罐气保焊焊接工艺开发.pdf

Erquipment&Installation装置与安装Q345R球罐气保焊焊接工艺开发马文军1李琳张德杰1汪小华11.陕西西宇无损检测有限公司陕西咸阳7 12 10 0,2.陕西化建工程有限责任公司陕西咸阳7 12 10 0摘要基于球罐用钢Q345R板材，分别采用二氧化碳气体保护焊和富氩气体保护焊配合实心焊丝进行Q345R焊接接头工艺性能与组织性能研究，并对其焊接接头进行了拉伸、弯曲、冲击和硬度检测等力学性能试验。结果表明，各项力学性能指标都达到了NB/T47017-2011标准的要求，焊接工艺优良。关键词Q345R球罐焊接工艺评定中图分类号TE821文献标志码B文章编号16 7 2-9 32 3(2 0 2 3)0 8-0 0 6 8-0 3球形储罐由于其特殊性只能在施工现场进行组对焊接，焊接位置空间变化复杂，包括了平焊、立焊、横焊和仰焊等各种焊接位置。到目前为止，国内施工企业在球罐的焊接施工中基本上都是采用手工电弧焊，该方法虽然操作简单方便，但效率相对低下。目前国内某公司已经研制出适用于球罐焊接的爬行机器人，但由于球罐的几何结构和内外施焊的模式，目前也不能完全实现球罐的全自动焊接。鉴于此，在保证焊接质量的前提下，本着提高焊接效率的宗旨,基于球罐用钢Q345R板材,分别采用二氧化碳气体保护焊和富氩气体保护焊配合实心焊丝进行Q345R焊接接头工艺性能与组织性能研究，优化出一种符合球罐施工标准要求的、满足球罐焊接质量、提高球罐焊接效率的手工气保焊焊接工艺，应用于到碳钢球罐的焊接中，起到提质增效的作用。1焊接材料焊接试验所用的Q345R热轧钢板（GB/T713-2014标准号)供货状态是正火，抗拉强度为5 5 0 MPa，屈服强度368MPa,屈服比0.7 3,伸长率2 5%。焊接试验用试板规格为6 0 0 mm150mm44mm。选用焊丝直径1.2 mm的实6 8 化工建设 2 0 2 3.8 芯焊丝CHW-50C6R，符合NB/T47018.3和GB8110。分别采用二氧化碳气体保护焊和富氩保护气体（8 0%CO,+20%Ar)。2焊接工艺试验按照NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定标准的要求，分别做了横焊(2 G)、立焊(3G）和平仰焊(1G+4G)三种位置的焊接工艺试验。通过对Q345R钢的焊接试验、焊后焊缝成型及焊接接头力学性能分析，开展两种保护气体的焊接接头的焊接工艺评定。2.1焊前准备采用4 2 mm厚Q345R钢开展焊接试验，根据GB50094-2010球形储罐施工规范要求焊前预热到10 0 150，焊后后热(2 0 0 2 5 0）1h，热处理（6 0 0 2 5)。焊前先对Q345R钢试板的坡口两侧2 0 mm范围内进行清理，除去附着在表面的油污、铁锈等，然后用角磨机打磨出金属光泽；接着试运行相关焊接设备，检查气体流量是否稳定，以及试板对接缝间隙与错边是否符合技术要求，焊丝准备情况等。没有影响焊缝焊接质量问题存在时，即可实施焊接。rquipment&Installation装置与安装2.2焊接过程Q345R.大香RR-16362念气(1）引弧：焊前将焊丝端头剪成锐角，焊丝伸出8 14mm。焊接时,在离焊缝端部2 4 mm处采用短路引弧，然后再慢慢地将电弧移向焊缝端头；当金属熔池形成后，再以适合的焊接速度由焊缝端头向前焊接。(2）打底焊：使焊枪与试件夹角约为7 5，电弧引燃后使其在距坡口根部2 3mm处沿斜坡向坡口根部移动；到达根部后作螺旋形运动同时做小幅横向摆动，母材处稍停几秒；焊接时，熔孔径比坡口间隙大0.5 1mm，根据情况适当调整使打底焊缝厚度保持在4 mm左右。(3）填充焊：清理飞溅物，适当调整焊接电流和电弧电压。焊接时，焊丝伸出长度可稍大于打底焊1.5 mm,其他不变。当焊缝表面距试件表面约为1.5 mm时不再进行填充层焊。(4）盖面层：清理干净脏物及飞溅物，磨平不平处，在坡口两侧均匀缓慢摆动,以防产生咬边。2.3焊后试件外观检查焊后清理试件表面，去除氧化皮、焊后飞溅、铁削、毛刺等。两种保护气体3个焊接位置焊接工艺下得到的Q345R钢板的对接焊接接头形貌如图1一3所示。由形貌图知，两种焊接工艺的焊缝均成型良好。但从外观上看，混合气实芯焊丝的焊缝更美观，且焊缝表面脱渣性更好，焊缝更均匀、表面更清洁。2.4焊后试件射线检测焊后清理试件表面，对试件进行X射线检测，检测结果如表1所示。按照NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定标准无损检测要求，焊接试验合格，无裂纹；通过对3G位置和1G+4G位置的焊接工艺优化,其X射线检测结果都达到了I级片，结果如表2 所示。2.5焊接接头力学性能试验Q345R材质4 2 mm厚试板焊接前预热温度不低于150,焊后进行回火处理，热处理参数为（6 0 0 6 5 0）4h；热处理2 4 h后进行X射线检测；检测合格后对其焊接接头进行弯曲、拉伸、冲击等力学性能试验，结果见表3。由表可见，各项力学性能指标均达到NB/T47017-2011标准的要求，焊接工艺优良。3结论(1）两种焊接保护气体的焊接接头宏观检验表明，(a)PQR22-19(3G,CO2)大面(c）P Q R 2 2-19(3G、C O)小面(b）P Q R 2 2-16(3G、混合气)小面图1立焊位置两种保护气体焊接工艺接头形貌PQR2-21C851-/6902GCO大面诚试开友2(a)PQR22-21(2G,CO2)大面Pok22-210345R40mm26C05小面7(c)PQR22-21(2G,CO)小面图2 横焊位置两种保护气体焊接工艺接头形貌表1优化后焊接试验无损检测结果试验编号位置无损检测PQR22-163GPQR22-172GPQR22-181G+4GPQR22-193GPQR22-201G+4GPQR22-212G两种焊接接头成型良好，采用混合气的焊缝外观更美观、均匀、有光泽。油化工建 2 0 2.0 1 6 9(b）P Q R 2 2-16(3G、混合气)大面345R大面P0R22-172G合人(b）P Q R 2 2-17(2 G、混合气)大面C345RR3号2 4(b）P Q R 2 2-17(2 G、混合气)小面缺陷形式11圆形缺陷（1点），条形缺陷（L=4)圆形缺陷（3点/2 点）1圆形缺陷（3点）IVIV未熔合(L=25/20)11圆形缺陷(2 点）表2 优化后焊接试验试板无损检测结果Erguiment&lnstalation装置与安装P6R22291G+4635RT144Co20*44大面164G混合2(a)PQR22-20(1G+G4.CO)大面(b)PQR22-18(1G+4G、混合气)大面PE221-202345R49m小3-14+4 6 C01(c)PQR22-20(1G+4GCO2)小面(d)PQR22-18(1G+4G、混合气)小面图3平仰焊位置两种保护气体焊接工艺接头形貌(2）两种焊接接头X射线检测均达到了级合格，即都能满足压力容器的焊缝质量要求，强度、韧性等力学性能均达到要求，混合气保护焊接的外观和力学性能更好。试验编号保护气体焊接位置焊接材料抗拉强度(MPa)拉伸实验1断裂部位与特征抗拉强度(MPa)拉伸实验2断裂部位与特征备注：由于试验机原因，将=4 2 mm的试板等分两个试样做拉伸拉伸面上 1mm拉伸面上 1.5 mm侧弯1裂纹二处侧弯2无缺陷侧弯3无缺陷侧弯4无缺陷焊缝均值111.3热影响均值79.9母材均值141硬度热影响区均值(HB)焊缝均值334R找板P02-1B-16+96小品参考文献1NB/T47018-2017承压设备用焊接材料订货技术条件。2NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定3GB12337-2014钢制球形储罐。4GB50094-2010球形储罐施工规范.5GB150-2011压力容器,表3焊接接头力学性能测试结果PQR22-16YHPQR22-17混合气混合气3G2GCHW-50C6RCHW-50C6R535/530544/533热影响区热影响区韧性断裂韧性断裂535/522531/532热影响区热影响区韧性断裂韧性断裂裂纹一处拉伸面上 1mm裂纹一处无缺陷无缺陷98.669.6136151144164185试验编号位置无损检测PQR22-16YH3GPQR22-19YH3GPQR22-18YH1G+4GPQR2220YH1G+4G(3）采用球罐半自动焊焊接技术在焊接制造球罐用Q345R材质技术上是可行的，既保证质量，又降低成本。(4）采用熔化极气体保护焊焊接技术代替焊条电弧焊完成球罐的焊接，减轻了焊工劳动强度，提高了生产效率。(收稿日期:2 0 2 3-0 6-15)PQR22-18YHPQR22-19YH混合气Co.气1G+4G3GCHW-50C6RCHW-50C6R541/528500/515热影响区热影响区韧性断裂韧性断裂524/546503/527热影响区热影响区韧性断裂韧性断裂拉伸面上 1mm拉伸面上 1.5 mm裂纹三处裂纹一处拉伸面上 3mm无缺陷裂纹一处拉伸面上 2.5 mm无缺陷裂纹一处无缺陷无缺陷138.8125.498.2107.5142128158143176153缺陷形式1111！PQR22-20YHCO2气1G+4GCHW-50C6R507/527热影响区韧性断裂524/523热影响区韧性断裂拉伸面上 2.5 mm裂纹一处无缺陷无缺陷无缺陷90.3108.1139139171/圆形缺陷（1点）条形缺陷（L二4)圆形缺陷（3点/2 点）圆形缺陷（3点）PQR22-21Co2气2GCHW-50C6R520/524热影响区韧性断裂511/520热影响区韧性断裂拉伸面上 1.5 mm裂纹四处拉伸面上 0.5 mm裂纹一处拉伸面上 1mm裂纹二处拉伸面上 2 mm裂纹一处124.4122.813814017470石油化工建设2 0 2 3.0 8