C4钢的焊接工艺运用范文

《化学工业与工程》2014年第三期

1焊接接头的热裂纹

为了能与母材的抗腐蚀性相匹配，焊缝也应含有较多硅、铬、镍等合金元素。由于硅和镍的亲和力，而硅在含镍量较高的钢中很容易引起成分偏析，因而含镍量越高，硅越易促使焊接过程中增大焊缝热裂纹倾向;同时，在焊接过程中Ni-S、Ni-P易形成低熔点共晶，产生热裂纹。为了防止热裂纹的产生，除钢的物理性能、合金成分这些因素难以改变外，可以采取适当的工艺措施来实现对结晶组织的控制。

2焊接工艺的确定

2.1焊接材料为了提高焊接接头的抗腐蚀能力和抗热裂纹能力，根据C4钢的化学成分，通过理论分析，确定焊缝填充金属中需要适当的铁素体含量;但铁素体含量过高，其组织本身的抗腐蚀能力低，易造成整个焊缝的抗腐蚀性降低，不能满足产品的使用性能。而采用与C4钢相同的化学成分的焊条，焊接过程中热裂倾向严重，不能保证焊接质量。通过探索并结合以往的焊接经验，选用焊缝金属铁素体质量分数在5%～8%的奥氏体+铁素体的双相组织，能增强焊缝金属的抗裂性能。借助于舍夫勒(Sehaeffler)图，可以预控制焊缝金属的相组成，达到符合使用要求的目的。通过公式:铬当量=w(Cr)+w(Mo)+1.5w(Si)+0.5w(Cb)十5w(V)+3w(A1);镍当量=w(Ni)+30w(C)+0.87w(Mn)+0.33w(Cu)+［w(N)－0.045］×30，计算得焊条HC4的铬当量为24.9%，镍当量为15.64%。经查舍夫勒图，焊缝金属组织是铁素体质量分数在控制范围内的奥氏体加铁素体的双相组织，能确保其产品的焊接性和使用性，为此选择了HC4焊条，化学成分见表1。

2.2接头形式及焊接方法通常焊接壁厚4mm的钢材，多选用钨极氩弧焊(GTAW)打底，焊条电弧焊(SMAW)盖面。但实际焊接过程中，由于制造容器的直径大、筒体长，背面充氩气困难，考虑采用单面焊双面成型钨极氩弧焊(GTAW)打底技术。但该技术需做辅助设施，且会使筒体内部增加焊疤，对耐腐蚀性能产生影响，因此，不能选择通常的接头形式及焊接方法。为了保证焊接接头质量，同时在实际生产中具有可操作性，进行了3组接头形式试验。1)第1组:留有2～3mm间隙的单V型。采用焊条电弧焊(SMAW)打底盖面，避免了钨极氩弧焊(GTAW)打底背面需要充氩的缺点。试验结果表明:焊接接头变形大，造成设备成形不好;进行了5组耐腐蚀性能试验，均有轻微腐蚀倾向。因此，该接头形式和焊接方法不可选。2)第2组:留有0～1mm间隙的单V型(见图1)。首先钨极氩弧焊自熔(背面不充氩)，接着焊条电弧焊盖面，最后背面钨极氩弧焊自熔。试验结果表明:焊缝背面成型良好，焊接变形小;背面不填丝钨极氩弧焊，对焊缝金属起到固溶处理的作用，有利于提高焊缝的耐腐蚀能力，5组耐腐蚀试验结果均合格。因此，该接头形式和焊接方法可选择。3)第3组:不开坡口，采用内外两侧2人同时同步进行钨极氩弧焊的方法。试验结果表明:采用双枪钨极氩弧焊，要使焊缝一次成型，提高焊接速度很困难;相应的焊接线能量较大，降低了接头的耐蚀性能，5组腐蚀试验中，有3组不合格;焊接过程中对2人的同步要求很高，否则容易形成弧坑裂纹。因此，该接头形式和焊接方法不可选。由以上3组试验可见:第2组接头形式和焊接方法可行。因此，在实际焊接过程中选择了该方法。

2.3焊接参数焊接参数的选定，主要根据接头尺寸、形状以及焊缝成形的要求，同时考虑提高焊接接头的耐腐蚀性和抗热裂性。研究表明:焊缝金属组织中含质量分数5%左右的铁素体，既可防止热裂纹又可提高抗腐蚀性能。焊接规范的选择，特别是焊接电流和焊接速度的配合对铁素体含量的影响至关重要。通过一系列试验，确定了焊接4mmC4钢的最佳工艺参数，如表2所示。

3焊接工艺评定

用C4钢进行了板状对接焊接工艺评定试验，试件尺寸为600mm×125mm×4mm，用表2中的焊接参数进行焊接。焊后焊缝进行100%射线检测，均为I级片合格，依据NB/T47014—2011《承压设备焊接工艺评定》标准进行了各项检验。试验结果如下:拉伸试验断口均在母材处;晶间腐蚀试验中均未腐蚀;面弯和背弯试验(180°)结果均合格。

4焊接工艺的应用

以评定合格的焊接工艺参数为依据，编制了浓硝酸储罐筒体纵缝、环缝的焊接工艺，并实施了焊接，在其中一条纵缝的延长部位连接产品焊接试板。按图纸要求对每条焊缝进行100%射线探伤，一次合格率为98%，各项试验结果均达到标准及图纸要求。评定结果说明:选择的工艺方案及工艺评定所确定的工艺参数能保证焊接接头的各项性能要求，为焊接C4钢提供了经验。

5注意事项

1)坡口对接时，间隙控制在0～1mm为宜。因为容器内部背面未进行氩气保护，间隙过大，超过1mm会影响筒体内部焊缝质量。2)层间温度控制在150℃以下。3)焊接过程中一定要遵循“小电流、大焊速、窄焊道”的焊接操作方法，焊工不要做横向摆动的手法，只需直线向前。4)GTAW采用直流正接，SMAW采用直流反接。5)筒体内部的焊缝直接和浓硝酸接触，容易受到腐蚀，因此内部焊缝成形很关键。本工艺采用了内部不填丝GTAW重熔技术，不仅对该焊缝金属起到固溶处理的作用，提高了焊缝的耐腐蚀能力，同时容器内重熔后焊缝成型良好，也是提高容器耐腐蚀性的重要因素。6)筒体壁厚4mm，焊接过程中易产生变形，所以控制好焊接顺序是关键。一般顺序为:纵缝—整圆—环缝—T型接头。

6结论

1)采用HC4焊条焊接C4钢，其焊接选择的热输入、道间温度、坡口尺寸数据较合适。2)焊工施焊C4钢的手法和速度与焊接低碳钢、低合金钢和不锈钢有所不同，所以焊接前需对焊工进行工艺培训。3)采用此焊接工艺，焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能完全满足产品技术要求。

作者：姚彩艳贺灵娜单位：南京华宝工程检测有限公司