碳钢压力容器MAG焊工艺研究

李翠玲 刘远彬 钟标全 高磊

摘 要：文章针对东方电气（广州）重型机器有限公司承接的产品焊接量大、焊条电弧焊焊接效率低的背景，开发高效的MAG焊，按照NB/T 47014及产品设计要求进行焊接工艺试验，使该司掌握MAG焊的焊接工艺技术，并成功应用于产品承压焊缝的制造，在保证产品质量的同时，不仅降低了劳动强度，同时极大地提高了生产效率，创造了良好的经济效益。

关键词：碳钢;压力容器;焊接工艺汽水分离再热器

汽水分离再热器（Moisture Separator Reheater，MSR）是东方电气（广州）重型机器有限公司承接的核电站常规岛的关键设备之一，该设备为Ⅱ类压力容器，产品按TSG-21《固定式压力容器安全技术检查规程》受质监局监管。在该容器的制造过程中，焊接是一个重要加工工艺，占产品制造工时成本的主要部分，为保证焊缝质量，MSR目前除纵环缝填充焊使用埋弧焊以外，剩余承压焊缝及与承压件相焊的焊缝全部使用传统的手工焊条电弧焊，单台MSR使用手工焊条的用量大约为5 t，焊接量大，手工电弧焊焊接效率低，同时焊工工作条件差。

MAG是熔化极活性气体保护焊（Gas Metal Arc Welding，GMAW）工艺的一种，该方法与该司现有的焊条电弧焊（Shielded Metal Arc Welding，SMAW）相比，具有以下优点。

（1）生产效率高和节省能量。由于焊接电流密度较大，电弧能量集中，母材的熔透深度大，焊接速度快，同时，焊后不需要清渣，是一种高效节能的焊接方法，生产效率可比焊条电弧焊提高3倍以上。

（2）焊接成本低。焊前不需要烘焙焊材，对于焊前的生产准备要求不高，焊后清理和校正工时少，同时，避免了焊条电弧焊中频繁更换焊条的缺点。

（3）焊接变形小。该方法电弧热量集中，热输入低和CO2气体具有较强的冷却作用，使焊接工件受热面积小，变形小。

（4）对油和锈的敏感性很低，具有良好的抗锈蚀能力。

（5）适应性广，可用于立焊、仰焊和全位置焊接。

（6）明弧操作。电弧可见性好，有利于观察，使焊丝对准焊缝位置。尤其是在半自动焊时，可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作，操作简单，容易掌握。

综上所述，MAG焊工艺是优质、高效、低成本的焊接方法，在锅炉、压力容器行业大力推广应用，会获得很好的经济效益，非常值得在该司开发及推广应用。

文章即针对MAG焊工艺，按照标准NB/T 47014要求，结合该司产品结构以及设计补充技术要求，开展工艺试验以及工艺评定，对MAG焊应用于MSR承压部件焊接的可行性进行验证和分析。

1    试验方案

文章选取公司常用的3个厂家的焊接材料，对厚度为16 mm的母材试板分别进行焊态+热处理状态的焊接试验（共6组试验），并选取其中一个厂家，对焊材针厚度为40 mm的母材试板进行焊态的焊接试验（共1组试验）。7块试板均选取热输入最大、焊接操作最难的立焊位置进行焊接。

7组试验的焊接接头均按照标准NB/T47014—2011的要求及产品设计要求，考察外观、焊缝质量以及化学、金相、力学性能、弯曲性能。

具体试验方案如下。

1.1  试验用原材料及焊材

母材：牌号Q345R，满足GB 713标准。

焊材：型号ER50-6，满足NB/T 47018—2017标准。

1.2  焊接接头型式

7块试板均采用对接接头，其中薄板16 mm为单面坡口，厚板40 mm为双面坡口，均采用反面清根，实现全焊透结构。

1.3  焊接及热处理参数

保护气体：80%Ar+20%CO2。

焊接位置：3 G。

焊材规格：Φ1.2。

焊接参数：电流160～200 A，电压25～28 V，速度5～15 cm/min。

预热温度：室温。

道间温度：≤260 ℃。

热处理参数：（615±15）℃/10～10.5 h。

2    结果分析

2.1  焊材工艺性分析

3个厂家焊材在立焊位置下焊接时，焊道表面均成型良好，焊道与母材之间平滑过渡，无咬边现象，焊接过程中坡口上有少量飞溅产生，不需要打磨去除，焊接工艺性能良好。

2.2  焊接接头外观检验

对所有试板的焊接接头表面进行目视尺寸检查，发现焊缝表面平整、焊道间及焊道与母材之间熔合良好、平滑过渡，无咬边、无气孔等缺陷，外观检查结果满足要求。

2.3  焊接接头无损探伤

对所有试板的的焊接接头按NB/T 47013.4的要求进行MT检验，检验结果均为Ⅰ级合格;并按NB/T 47013.2要求进行RT检测，照相不低于AB级，检验结果均为Ⅰ级合格，无超标缺陷产生。

2.4  化学分析

对3块焊态试板的焊缝化学成分进行了检测，均满足要求。

2.5  金相试验

对7块试板焊接接头横截面均进行焊缝及熔合线两侧的宏观金相检验，图1为16 mm厚焊接试板的宏观金相照片，可明显观察到焊道排布以及母材、热影响区、焊缝的分界。宏观检验中未发现任何形式的裂纹、夹渣、气孔、未熔合、夹渣等缺陷。

在宏观试样上，选择熔合线及其附近两侧区域进行200倍的微观金相检验，如图2所示，未发现任何缺陷及异常组织。

2.6   室温+高温拉伸试验

按标准NB/T 47014—2011对7块试板的焊接接头均进行横向室温拉伸试验，并按产品设计要求对焊接接头进行380 ℃的高温拉伸试验，试验结果如下：

（1）所有拉伸试验均断裂于母材，并且为塑性断裂。

（2）焊态试板室温抗拉强度为525～560 MPa，380 ℃高温抗拉强度为492～542 MPa，380 ℃高温屈服强度为263～335 MPa，均满足标准及设计制造规范的要求。

（3）热处理态试板室温抗拉强度为492～559 MPa，380 ℃高温抗拉强度为412～489 MPa，380 ℃高温屈服强度为191～228 MPa，均满足标准及设计制造规范的要求。

2.7  冲击试验

按标准NB/T 47014—2011要求，对7块试板的焊缝、热影响区均进行﹣20 ℃的冲击试验，结果如下。

焊态下﹣20 ℃的冲击功为60～186 J，热处理态下﹣20 ℃的冲击功为79～219 J，均满足标准及设计制造规范的要求。

2.8  弯曲试验

按标准NB/T 47014—2011要求，对7塊试板的焊接接头均进行横向弯曲试验，所有试验结果均满足标准要求。

3    结语

经过对3个厂家的焊材ER50-6使用MAG焊工艺按标准及产品技术要求开展焊接工艺试验，结论表明：该方法焊接工艺性能良好，焊接效率高。3个厂家焊材所熔覆的焊接接头外观检查及无损探伤（MT+RT），均一次性合格，不同厚度焊接接头的破坏性试验结果均满足标准及设计制造规范的要求。

MAG焊工艺完全满足该司产品对重要承压焊缝的质量要求，可在该司A、B类承压焊缝以及与承压件相焊的E类焊缝上实施应用，由于MAG焊比传统的焊条电弧焊效率高出3倍以上，因此，该方法的应用将在保证产品质量的同时，极大地提高产品焊接效率，为该司产品的制造创造更大的经济效益。