異種材料罐體焊接工藝的研究

 

 

    罐體的焊接結(jié)構(gòu)為筒體與法蘭的插入式角接接頭形式，焊透狀態(tài)，由于罐體內(nèi)外附件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，法蘭加工位置受限，無法焊后進(jìn)行機(jī)械加工。因此對該罐體采用先將法蘭和附件機(jī)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(zhì)為OCr181Vi9，內(nèi)徑為550mm壁厚為6mm，長度為2597 mm，所有法蘭材質(zhì)為16MnDR，厚度為33mm。

 

   

    1) 2種鋼材化學(xué)成分和物理性能OCr181Vi9的化學(xué)成分見表1;16MnDR的化學(xué)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(shù)據(jù)可見，兩者力學(xué)性能和強(qiáng)度級別相差不大，但其化學(xué)組成及成分搭配卻相差很大，導(dǎo)致焊縫金屬的組織和性能與熔合區(qū)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(chǎn)生稀釋作用，使焊縫金屬的成分、組織與兩側(cè)金屬有很大的差異，產(chǎn)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(shí)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(tài)金屬流動(dòng)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(cè)熔合線的焊縫金屬中會產(chǎn)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(kuò)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(dāng)接頭在溫度高于350 - 400℃長期工作時(shí)熔合區(qū)便出現(xiàn)碳擴(kuò)散，在靠近珠光體側(cè)形成脫碳層而軟化，在奧氏體一側(cè)的熔合層形成增碳層而硬化。擴(kuò)散層是異種金屬焊接接頭中的薄弱環(huán)節(jié)，對接頭的常溫強(qiáng)度影響不大，但使其蠕變強(qiáng)度降低10%-20%。④接頭產(chǎn)生附加焊接殘余應(yīng)力。奧氏體鋼和珠光體鋼的線膨脹系數(shù)不同(膨脹系數(shù)之比是14: 17)，接頭容易產(chǎn)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(jù)法蘭和筒體的裝焊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合產(chǎn)品批量效率和成本，選擇MAC焊接，選用松下KRII35二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)，白_流反接法進(jìn)行施焊。

 

  

選擇焊接材料的主要依據(jù)是保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能與母材相匹配。根據(jù)OCr181Vi9 + 16MnDR異種金屬化學(xué)成分和焊接性能特點(diǎn)的分析，并結(jié)合工藝試驗(yàn)結(jié)果，選用了進(jìn)口牌號為WEL FCW 309LT的藥芯焊絲，規(guī)格Ø1.2mm。焊絲的化學(xué)成分見表4。與國產(chǎn)焊絲相比較，WEL FCW 309LT焊絲C和S,P等雜質(zhì)含量更低，更有利于保證焊接接頭的化學(xué)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(zhì)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(shí)，減少碳的擴(kuò)散遷移，抑制過渡層脆硬相的形成。

 

 

    保護(hù)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(hù)氣體帶有一定的活性，大大提高了焊縫的外觀質(zhì)量，但可能會引起焊縫增碳，且增強(qiáng)保護(hù)氣體的氧化作用。所以必須嚴(yán)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(yōu)良的性能，適當(dāng)控制熔合比是重要的技術(shù)關(guān)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(yàn)的基礎(chǔ)上確定了坡口角度不大于60º，鈍邊2mm，預(yù)留2mm焊接收縮量。

 

 

依據(jù)工藝試驗(yàn)條件和結(jié)果，并結(jié)合實(shí)際接頭型式，在實(shí)際焊接中，選用表5所不的工藝參數(shù)。