異種材料罐體焊接工藝的研究

 

 

    罐體的焊接結構為筒體與法蘭的插入式角接接頭形式，焊透狀態，由于罐體內外附件多，結構復雜，法蘭加工位置受限，無法焊后進行機械加工。因此對該罐體采用先將法蘭和附件機加工成形，再依次組裝于筒體上，最后靠焊接來控制總體尺寸精度的Block工法制造。筒體材質為OCr181Vi9，內徑為550mm壁厚為6mm，長度為2597 mm，所有法蘭材質為16MnDR，厚度為33mm。

 

   

    1) 2種鋼材化學成分和物理性能OCr181Vi9的化學成分見表1;16MnDR的化學成分見表2;兩者的物理性能見表3。

    2)焊接性能分析OCr181Vi9屬于奧氏體鋼，16MnDR屬于珠光體鋼，由表3數據可見，兩者力學性能和強度級別相差不大，但其化學組成及成分搭配卻相差很大，導致焊縫金屬的組織和性能與熔合區及母材各不相同。這2種不同金屬的焊接主要存在以下問題:①焊縫的稀釋。焊縫中溶入的珠光體鋼將對焊縫金屬的合金產生稀釋作用，使焊縫金屬的成分、組織與兩側金屬有很大的差異，產生硬脆的馬氏體組織，使焊性能惡化，這是焊接工藝中要避免的。②過渡層的形成。在實際的焊接冶金條件下，熔融的母材和焊接材料攪拌混合是不均勻的，熔池邊緣的液態金屬流動性差，珠光體和奧氏體成分相差較大，在邊緣就不能很好地熔合，所以在緊靠珠光體鋼一側熔合線的焊縫金屬中會產生與焊縫金屬成分不同的過渡層，過渡層主要由脆硬的奧氏體+馬氏體和馬氏體組成。③擴散層的形成。在焊接接頭中，珠光體和奧氏體存在合金元素的濃度差，當接頭在溫度高于350 - 400℃長期工作時熔合區便出現碳擴散，在靠近珠光體側形成脫碳層而軟化，在奧氏體一側的熔合層形成增碳層而硬化。擴散層是異種金屬焊接接頭中的薄弱環節，對接頭的常溫強度影響不大，但使其蠕變強度降低10%-20%。④接頭產生附加焊接殘余應力。奧氏體鋼和珠光體鋼的線膨脹系數不同(膨脹系數之比是14: 17)，接頭容易產生熱裂紋和焊后冷裂紋，在鉚焊裝配中必須注意到拘束度不能太大。

 

 

 

    根據法蘭和筒體的裝焊結構特點，結合產品批量效率和成本，選擇MAC焊接，選用松下KRII35二氧化碳氣體保護焊機，白_流反接法進行施焊。

 

  

選擇焊接材料的主要依據是保證焊縫金屬的強度、塑性、韌性等力學性能與母材相匹配。根據OCr181Vi9 + 16MnDR異種金屬化學成分和焊接性能特點的分析，并結合工藝試驗結果，選用了進口牌號為WEL FCW 309LT的藥芯焊絲，規格Ø1.2mm。焊絲的化學成分見表4。與國產焊絲相比較，WEL FCW 309LT焊絲C和S,P等雜質含量更低，更有利于保證焊接接頭的化學和物理性能，也大大降低了焊縫的缺陷率;Si，Mn含量高，能提高焊縫質量和接頭韌性;Ni, Cr含量高于母材，可使焊縫增加Ni, Cr成分，在改善焊縫的耐蝕性能的同時，減少碳的擴散遷移，抑制過渡層脆硬相的形成。

 

 

    保護氣體選用干燥的Ar和C0₂混合氣體，其體積比例為80% Ar +20%C0₂。這種比例的保護氣體帶有一定的活性，大大提高了焊縫的外觀質量，但可能會引起焊縫增碳，且增強保護氣體的氧化作用。所以必須嚴格控制混合氣體中氧化性氣體C0₂的含量和混合氣體流量。

 

 

    為了確保異種鋼焊接接頭優良的性能，適當控制熔合比是重要的技術關鍵，焊接坡口的大小是影響焊縫熔合比的重要因素。在工藝試驗的基礎上確定了坡口角度不大于60º，鈍邊2mm，預留2mm焊接收縮量。

 

 

依據工藝試驗條件和結果，并結合實際接頭型式，在實際焊接中，選用表5所不的工藝參數。