16Mn锻件法兰拼焊缺陷的分析与预防0富锦

16Mn锻件法兰拼焊缺陷的分析与预防

16Mn锻件法兰拼焊缺陷的分析与预防 锻件法兰是压力容器产品的主要受压元件，它质量的优劣直接关系到产品质量的好坏。而对于中小型压力容器制造企业，因为加上能力的限制，在制造压力容器产品过程中，只能采用拼焊的方式制作锻件法兰，由于锻件法兰的直径较大，一般由三至八块拼焊合格后经过粗、精机械加上而成，因此，拼焊焊接质量的好坏将直接影响到压力容器产品的整体质量。而压力容器产品在建材、化上等企业被广泛使用，是这些企业的重要生产设备，如若锻件法兰焊缝的焊接质量没有保证，将给压力容器产品留下严重的安全隐患，就有可能会给生产企业造成严重的损火，甚至会造成重特大事故。因此，如何解决好锻件法兰拼焊的问题，就显得尤其重要。笔者在某压力容器制造企业对这一问题进行调研后发现，该企业虽然在拼接锻件法兰生产过程中采取了一些改进措施，但效果均不明显，给制造企业造成了一定经济损火。因此，就如何控制好压力容器锻件法兰拼焊的焊接质量，笔者与该企业技术人员一道作为一项课题进行深入研究，通过调研、分析、提出改进措施、试验、总结等方式方法，完善了压力容器锻件法兰拼焊的焊接质量控制的工艺措施，取得了较好的经济效益和社会效益。

1 锻件法兰的基本情况1．1毛坯 材质为16Mn锻、厚δ=50～300 mm、高度h=1 00～500 mm、外径DR≥500 mm， 由3至8块拼焊制作，拼接焊缝3至8条(如图l)。1．2焊材根据企业实际情况，采用焊条电弧焊，焊材采用抗裂性能较好，低氢型的E5015焊条。1.3主要缺陷 按照压力容器设计制造文件的要求，采用JB／T4730—2005《承压设备无损检0H,4》规定的方法对锻件法兰拼接焊缝进行超声波探伤检查，发现法兰每条拼接的焊缝均存在不同程度的纵向裂纹等缺陷。裂纹存在的位置均分布在锻件法兰拼接焊缝坡口附近(即熔合线附近处)，有的分布在焊缝坡口一侧，有的分布在焊缝坡口两侧。裂纹自身高度约为法兰拼缝高度的l／3，缺陷长度最长的分布到整条纵向焊缝，如图2所示。

2 产生裂纹的原因分析 压力容器锻件法兰拼焊产生裂纹的主要原因有以下两方面。 (1)锻件拼接法兰焊件坡口未按设计要求加工，导致焊件的坡U质量未达到焊接工艺要求。 根据《焊接工程师于册》、焊接理论和实践经验，对于大厚度的焊件来说，U形焊接坡U型式与X形焊接坡口型式相比较，具有焊缝填充金属少、焊缝根部应力集中小、有利于焊缝根部焊道的成形、便于各焊件的组装等优点，所以对于厚度、宽度大的压力容器锻件法兰焊件，在设计其坡口型式时常选用双U形坡口的结构型式(如图3)。而该企业制作施工人员在加工锻件法兰焊件的坡口时，未严格按照设计上对锻件法兰焊件U形坡口的要求，将锻件法兰焊件的坡口型式加工成了X形(如图4)，易造成锻件拼接法兰焊缝裂纹的产生。

(2)焊件的焊接工艺不完善。 按照JB／T4709—2000《钢制压力容器焊接规程》的规定，对于具有较强焊接裂纹倾向、大厚度、多块锻件拼焊的的低合金材料焊件，由于其焊接过程产生的焊接应力较大，在焊接过程中必须采取焊前预热、层间保温、焊后热处理等技术措施。 企业在制定锻件法兰焊件焊接工艺时，没有根据相关规定要求，在整个焊接过程中没有对焊件采取焊前预热、层间保温等焊接工艺措施，使锻件法兰焊件的焊接冷却速度较快，造成焊接扩散氢在厚度大、坡U深、焊肉厚的焊缝中不易逸出，而残留在焊缝中大量积聚；同时也在大厚度锻件法兰焊件中产生巨大的内应力。淬硬组织、焊接内应力等因素的共同作用，更易导致具有较强焊接裂纹倾向的低合金材料锻件法兰焊件的焊缝产生裂纹。 而且企业没有采取焊后热处理工艺措施，使锻件法兰焊件焊缝内残留的扩散氢未能在规定期限内得到有效释放，造成锻件法兰的焊缝在淬硬组织、扩散氢、焊接残余应力的进一步作用下产生冷裂纹。3锻件拼接法兰焊件裂纹的预防措施3．1焊件坡口的加工要求 对锻件法兰的焊件采用自制专用坡口加工模具，按焊接工艺要求加工出符合要求的双U形坡口，并清除坡口两侧20一30 mm范围内的剖渣、氧化物、油污、水分等污物，直至露出金属光泽。3．2采用合理的工艺措施 (1)引、熄弧要求。应选用小直径焊条，采用短弧、不摆动等工艺措施实施根部焊接，并设引、熄弧板。引弧板和熄弧板的尺寸为100 mm×100 mm×20 mm，与焊件牢固地焊接在焊件焊缝的两端，保证焊件焊缝宵足够的加工余量及焊缝组织化学成分的均匀性。 (2)均称施焊。在施焊过程中，为减少焊接时产生的变形，应由二名或四名焊工采用短弧连续焊操作、相同的焊接工艺参数、轴对称焊接分布方式对锻件法兰焊件同时进行施焊；电弧在坡口两侧稍作停留；采用内外侧各焊五层后施焊方向改变一次，每O．5～1 h翻转一次的方法，以保证层间温度；另外每层焊缝焊完后用小锤由中心向四剧密集锤击焊道，以释放部份焊接应力；焊接结束或中断时收弧应缓慢，弧坑应填满，以防止热裂纹的产生。 (3)清根和检查。在焊接工作完成一面后，应采用碳弧气刨清除所有焊缝根部的焊渣，并应严格清除干净影响焊接质量的熔渣等杂物，然后按焊前预热、层间保温的焊接工艺要求继续施焊。在施焊过程中应对焊缝进行表面外观检查，不允许存在表而裂纹、气孔、咬边等缺陷，并用钢丝刷清理焊缝表面，直至露出金属光泽，才允许焊接下一层。 (4)焊工要求。由于焊件采用的是焊条电弧焊，特别是采用多人同时对称施焊，对于焊工操作技术的要求非常高，焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作技能水下和协作程度，所以应选用焊接技术较好及相互之间协作精神强的持相应合格证书的焊工进行施焊。3．3采用焊前预热、层问保温的焊接工艺 对锻件法兰采取焊前预热工艺，其预热温度为1 00℃～l50℃，时间约O．5～1 h。为防止产生裂纹，对锻件法兰的定位焊也应进行预热处理。无论是打底焊还是层间填充焊均要求层间温度保持不低于预热温度。具体操作工艺采用红外线加热垫，内外紧贴焊缝，加热宽度为300mm，外加石棉进行保温，保温温度控制在150℃，时间约1 h。焊接人员只有在加热温度达到要求并得到可靠保持时才允许按焊接工艺规定的参数要求进行施焊。同时采用多层多道焊，各焊道的焊接接头应错开10一30 mm，层间温度应控制在150℃。3．4超声波探伤检查 锻件法兰焊件焊接工作个部完成，应于24小时后对法兰所有焊缝按JB／T4730—2005《承压设备无损检测》的规定要求进行1 00％的超声波探伤检查。3．5采用合理的焊后热处理工艺 超声波探伤合格后，应对焊件进行焊后热处理。焊后热处理工艺为加热温度600℃一650℃，加热和冷却速度≤l20℃/h，保温4h(如图5)。

3．6超声波探伤复查 锻件法兰焊件进行焊后热处理合格后进行精加工，精加工合格后，还应按JB／T4730—2005《承压设备无损检测》的规定要求进行l 00％的超声波探伤检查。4 结论

(1)焊接超厚、大直径、多块拼装的l6Mn锻件法兰焊件采用焊条电弧焊。保证焊接质量的关键在于制作必要的制造工装以加工出符合要求的双U形坡口，采用符合企业实际和‘规程、规范’要求的焊前预热、保持一定层间温度、焊后热处理的焊接工艺并且严格执行，同时应选用焊接技术较好且相互之间协作精神良好的持证焊工进行施焊。 (2)企业经过采用本文中所叙述的方法焊接锻件法兰焊件后，焊缝一次合格率达96％以上。从而大大提高了锻件法兰压力容器的产品质量，保证了产品的安全运行要求。

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