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《化學工業與工程》2014年第三期

1焊接接頭的熱裂紋

為了能與母材的抗腐蝕性相匹配，焊縫也應含有較多硅、鉻、鎳等合金元素。由于硅和鎳的親和力，而硅在含鎳量較高的鋼中很容易引起成分偏析，因而含鎳量越高，硅越易促使焊接過程中增大焊縫熱裂紋傾向;同時，在焊接過程中Ni-S、Ni-P易形成低熔點共晶，產生熱裂紋。為了防止熱裂紋的產生，除鋼的物理性能、合金成分這些因素難以改變外，可以采取適當的工藝措施來實現對結晶組織的控制。

2焊接工藝的確定

2.1焊接材料為了提高焊接接頭的抗腐蝕能力和抗熱裂紋能力，根據c4鋼的化學成分，通過理論分析，確定焊縫填充金屬中需要適當的鐵素體含量;但鐵素體含量過高，其組織本身的抗腐蝕能力低，易造成整個焊縫的抗腐蝕性降低，不能滿足產品的使用性能。而采用與C4鋼相同的化學成分的焊條，焊接過程中熱裂傾向嚴重，不能保證焊接質量。通過探索并結合以往的焊接經驗，選用焊縫金屬鐵素體質量分數在5%～8%的奧氏體+鐵素體的雙相組織，能增強焊縫金屬的抗裂性能。借助于舍夫勒(Sehaeffler)圖，可以預控制焊縫金屬的相組成，達到符合使用要求的目的。通過公式:鉻當量=w(Cr)+w(Mo)+1.5w(Si)+0.5w(Cb)十5w(V)+3w(A1);鎳當量=w(Ni)+30w(C)+0.87w(Mn)+0.33w(Cu)+［w(N)－0.045］×30，計算得焊條HC4的鉻當量為24.9%，鎳當量為15.64%。經查舍夫勒圖，焊縫金屬組織是鐵素體質量分數在控制范圍內的奧氏體加鐵素體的雙相組織，能確保其產品的焊接性和使用性，為此選擇了HC4焊條，化學成分見表1。

2.2接頭形式及焊接方法通常焊接壁厚4mm的鋼材，多選用鎢極氬弧焊(GTAW)打底，焊條電弧焊(SMAW)蓋面。但實際焊接過程中，由于制造容器的直徑大、筒體長，背面充氬氣困難，考慮采用單面焊雙面成型鎢極氬弧焊(GTAW)打底技術。但該技術需做輔助設施，且會使筒體內部增加焊疤，對耐腐蝕性能產生影響，因此，不能選擇通常的接頭形式及焊接方法。為了保證焊接接頭質量，同時在實際生產中具有可操作性，進行了3組接頭形式試驗。1)第1組:留有2～3mm間隙的單V型。采用焊條電弧焊(SMAW)打底蓋面，避免了鎢極氬弧焊(GTAW)打底背面需要充氬的缺點。試驗結果表明:焊接接頭變形大，造成設備成形不好;進行了5組耐腐蝕性能試驗，均有輕微腐蝕傾向。因此，該接頭形式和焊接方法不可選。2)第2組:留有0～1mm間隙的單V型(見圖1)。首先鎢極氬弧焊自熔(背面不充氬)，接著焊條電弧焊蓋面，最后背面鎢極氬弧焊自熔。試驗結果表明:焊縫背面成型良好，焊接變形小;背面不填絲鎢極氬弧焊，對焊縫金屬起到固溶處理的作用，有利于提高焊縫的耐腐蝕能力，5組耐腐蝕試驗結果均合格。因此，該接頭形式和焊接方法可選擇。3)第3組:不開坡口，采用內外兩側2人同時同步進行鎢極氬弧焊的方法。試驗結果表明:采用雙槍鎢極氬弧焊，要使焊縫一次成型，提高焊接速度很困難;相應的焊接線能量較大，降低了接頭的耐蝕性能，5組腐蝕試驗中，有3組不合格;焊接過程中對2人的同步要求很高，否則容易形成弧坑裂紋。因此，該接頭形式和焊接方法不可選。由以上3組試驗可見:第2組接頭形式和焊接方法可行。因此，在實際焊接過程中選擇了該方法。

2.3焊接參數焊接參數的選定，主要根據接頭尺寸、形狀以及焊縫成形的要求，同時考慮提高焊接接頭的耐腐蝕性和抗熱裂性。研究表明:焊縫金屬組織中含質量分數5%左右的鐵素體，既可防止熱裂紋又可提高抗腐蝕性能。焊接規范的選擇，特別是焊接電流和焊接速度的配合對鐵素體含量的影響至關重要。通過一系列試驗，確定了焊接4mmC4鋼的最佳工藝參數，如表2所示。

3焊接工藝評定

用C4鋼進行了板狀對接焊接工藝評定試驗，試件尺寸為600mm×125mm×4mm，用表2中的焊接參數進行焊接。焊后焊縫進行100%射線檢測，均為I級片合格，依據NB/T47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》標準進行了各項檢驗。試驗結果如下:拉伸試驗斷口均在母材處;晶間腐蝕試驗中均未腐蝕;面彎和背彎試驗(180°)結果均合格。

4焊接工藝的應用

以評定合格的焊接工藝參數為依據，編制了濃硝酸儲罐筒體縱縫、環縫的焊接工藝，并實施了焊接，在其中一條縱縫的延長部位連接產品焊接試板。按圖紙要求對每條焊縫進行100%射線探傷，一次合格率為98%，各項試驗結果均達到標準及圖紙要求。評定結果說明:選擇的工藝方案及工藝評定所確定的工藝參數能保證焊接接頭的各項性能要求，為焊接C4鋼提供了經驗。

5注意事項

1)坡口對接時，間隙控制在0～1mm為宜。因為容器內部背面未進行氬氣保護，間隙過大，超過1mm會影響筒體內部焊縫質量。2)層間溫度控制在150℃以下。3)焊接過程中一定要遵循“小電流、大焊速、窄焊道”的焊接操作方法，焊工不要做橫向擺動的手法，只需直線向前。4)GTAW采用直流正接，SMAW采用直流反接。5)筒體內部的焊縫直接和濃硝酸接觸，容易受到腐蝕，因此內部焊縫成形很關鍵。本工藝采用了內部不填絲GTAW重熔技術，不僅對該焊縫金屬起到固溶處理的作用，提高了焊縫的耐腐蝕能力，同時容器內重熔后焊縫成型良好，也是提高容器耐腐蝕性的重要因素。6)筒體壁厚4mm，焊接過程中易產生變形，所以控制好焊接順序是關鍵。一般順序為:縱縫—整圓—環縫—T型接頭。

6結論

1)采用HC4焊條焊接C4鋼，其焊接選擇的熱輸入、道間溫度、坡口尺寸數據較合適。2)焊工施焊C4鋼的手法和速度與焊接低碳鋼、低合金鋼和不銹鋼有所不同，所以焊接前需對焊工進行工藝培訓。3)采用此焊接工藝，焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能完全滿足產品技術要求。

作者：姚彩艷賀靈娜單位：南京華寶工程檢測有限公司