压力容器D 类焊缝的焊接工艺评定

0 前 言

Q345R钢板是当前特种设备压力容器制造中用途最广、 使用数量最大的专用钢板， 其具有良好的塑性与焊接性

。 压力容器中厚板筒体纵缝、 环焊缝通常采用埋弧焊， 陈思远等

采用埋弧焊丝H10Mn2 和焊剂SJ101 研究了Q345R 钢的焊接性能， 结果表明， 焊接接头抗拉强度达到517 MPa， 在-20 ℃条件下， 冲击功≤98 J， 满足中厚板Q345R 的埋弧焊质量要求。 张亮等

研究了去应力退火温度对Q345R 钢焊接接头性能的影响， 结果表明， 随着退火温度的升高， Q345R钢焊接接头抗拉强度和硬度降低。 目前关于压力容器接管插入筒体的D 类焊缝焊接研究相对较少， 由于工况位置的特殊性， 容易造成焊缝未焊透、 夹渣、 气孔、 未熔合等缺陷。 该类焊缝采用TIG 打底， 可以保证焊缝良好成形， SMAW 填充和盖面， 可以提高焊接效率。 但若全部采用TIG焊接， 焊接熔敷率小、 效率低， 影响工程进度；若全部采用SMAW 焊接， 焊缝底部容易造成夹渣和气孔， 存在质量隐患。

焊接工艺评定可以判定编制焊接工艺规程的准确性和合理性， 本研究以32 mm 厚的Q345R钢为研究对象， 采用TIG+SMAW 进行焊接试验，通过外观检查、 无损探伤、 拉伸试验、 弯曲试验、 冲击试验等方法研究了Q345R 钢的焊接接头工艺和力学性能， 为压力容器D 类焊缝实际生产制造提供理论支持和技术保障。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验用母材为国内某钢铁公司生产的Q345R钢板， 供货状态为热轧钢板， 厚度为32 mm。 焊接试板尺寸为450 mm×150 mm×32 mm， 采用60°V 形坡口对接形式， 组对间隙为2.5～3.5mm，钝边为0.5～1.5 mm。 焊接材料为国内某焊材公司生产的Φ2.5 mm 规格ER50-6 氩弧焊丝和Φ5.0 mm 规格E5015 电焊条， Q345R 钢板及焊材的实测化学成分见表1， 力学性能见表2。

1.2 试验方法

E5015 电焊条焊前需要350～380 ℃保温1 h烘干， 再放到保温桶中， 保温桶设置温度为120～150 ℃， 随用随取。 焊接环境温度为25 ℃，湿度为70%。

综上所述，小学阶段作为学生学习英语的开端，对学生的发展有重要作用。在教学过程中，教师要将学生作为课堂主体，根据学生的发展特点制定多元化的教学方式，激发学生的学习兴趣，调动学生的积极性，促使学生主动地投入到英语课堂中来，进而有效提升课堂教学效率。

焊接设备为WS-400I GBT 型氩弧和电焊两用焊机， 保护气体为氩气， 气体纯度为99.99%。试板焊接位置为平焊， 首先采用TIG 焊接第1～5层， 测得厚度为11.4 mm， 再采用SMAW 焊接第6～11 层， 直至盖面层， 焊接层次分布如图1所示。 试板焊接工艺参数见表3， 层间温度不大于210 ℃。

2 焊缝外观检查及无损探伤

依 据NB/T 47014—2011， 采 用 线 切 割 在Q345R 焊件上截取12 个冲击试样， 取样位置如图5 所示。 试样尺寸为10 mm×10 mm×55 mm，试样在焊缝和热影响区各有6 个开槽， 开45°V 形坡口， 坡口深度为2.0±0.2 mm。 按照GB/T 229—2007

， 在JBW-300B 型试验机上进行冲击试验， 试验结果见表5。 从表5 可以看出， -20 ℃焊缝和热影响区冲击功达到95 J 以上， 具有较大的裕量， 满足NB/T 47014—2011 标准的规定。

依据NB/T 47014—2011

， 采用线切割工艺在Q345R 焊件上截取2 个横向拉伸试样， 每个试样上下分层为2 个试样， 编号分别为163L1-1、163L1-2、 163L2-1、 163L2-2， 共4 个拉伸试样。按照GB/T 228—2010

， 在SHT4605 型60 t 微机控制电液伺服万能试验机上进行拉伸试验， 结果见表4。 从表4 可以看出， 焊接接头的断裂位置均在焊缝， 但抗拉强度均大于GB/T 713—2014

中规定的Q345R 钢抗拉强度的下限值 （500 MPa），试验结果符合NB/T 47014—2011 要求

。

3 消应力热处理

图3 为拉伸试样断裂的宏观形貌， 由图3可知， 焊接接头断裂部位均为焊缝， 表明母材的抗拉强度大于焊缝的抗拉强度。

4 力学性能检测

4.1 拉伸试验

当“等价映射”无法实现时，这种情况下，译者就需要调整源认知域的映射价元来配价目的认知域的映射关系，采用意译法达到获得相同目的认知概念的目的。如:

依据NB/T 47014—2011 标准， 采用线切割在Q345R 焊件上截取4 个横向侧弯试样， 试样尺寸为160 mm×32 mm×10 mm， 按照GB/T 2653—2008

， 在LWC2000 型弯曲试验机上进行侧弯试验， 弯曲角度为180°， 弯曲直径为40 mm。 侧弯试样宏观形貌如图4 所示， 从图4 可以看出，在焊缝和热影响区的弯曲面上没有长度>3 mm的裂纹缺陷， 符合NB/T 47014—2011 中规定要求， 判定结果合格。

Q345R 试板焊接接头X 射线探伤合格后，按照GB 150—2011、 NB/T 47015—2011

和GB/T 30583—2014

， 再结合焊接工艺评定的覆盖范围， 制定了焊后消应力热处理工艺参数。 工艺参数为： 试件入炉温度≤400 ℃， 当升温至400 ℃后， 再以≤160 ℃/h 的速度升温， 当升温至（620±10） ℃后， 保温3 h， 最后以≤160 ℃/h 的速度冷却到400 ℃后取出， 空冷至室温。

4.2 侧弯试验

4.投饵与追肥。我县小龙虾养殖采取仿生态低密度放养模式，以摄食天然动植物饵料为主，所以特别注重放苗前施肥和养殖期间适时追肥，在幼虾投放5～7天施发酵的畜禽粪60kg/亩，6月下旬到8月下旬主要施有机肥和生物鱼肥，培养大量轮虫、枝角类、桡足类、水生昆虫幼体。培育浮游生物及提供适量的有机碎屑作虾饲料。

4.3 冲击试验

在Q345R 试件焊接过程中， 脱渣容易， 焊缝与母材过渡平缓， 焊缝成形美观， 表面没有气孔和压坑等缺陷， 焊缝宏观形貌如图2 所示。 经测量， 焊缝外表面余高为1.3 mm， 内表面余高为0.5 mm， 符合GB 150—2011

中规定外表面余高≤4.0 mm 和内表面余高≤1.5 mm 的要求。依据NB/T 47013—2015

对焊接接头进行X 射线检测， 技术等级为AB 级， 探伤结果为Ⅰ级，满足不低于II 级的要求， 符合技术要求。

目前，地铁轨道建设规模已经成为衡量城市水平的一个重要标准，发达的地铁轨道可以提升人们的出行速度，降低交通压力，提升城市效率。我国的地铁轨道建设项目规模不断增大，其质量安全问题必须得到充分的关注。加强施工中的重点难点分析，并提出科学合理的应对措施对提高地铁轨道项目的质量至关重要，对延长工程项目的使用寿命、降低工程成本有很大的作用。

5 显微组织形貌分析

按照GB/T 13298—2015

， 采用4%硝酸酒精溶液对金相试样表面进行处理， 得到焊缝金属显微组织如图6 所示， 其中白色部位区域为铁素体， 黑色部位区域为珠光体。 从图6 可以看出， TIG 焊缝组织主要为块状铁素体+少量珠光体， 铁素体晶粒分布较均匀， 珠光体呈分散状分布于铁素体的晶界处； SMAW 焊缝组织为块状铁素体+少量珠光体， 局部有大块状铁素体， 铁素体晶粒分布不均匀， 珠光体仍旧呈分散状分布在铁素体的晶界处。

6 工程应用

在Φ964 mm×32 mm 的Q345R 分离器筒体上开孔， 插入Φ250 mm×30 mm 接管， 采用TIG打底焊接， SMAW 填充和盖面， 焊缝形貌如图7所示。 焊接完成后对焊缝进行100%磁粉探伤，结果为Ⅰ级， 再进行焊后热处理， 在620 ℃条件下保温3 h， 最后进行耐压试验， 耐压试验的工作介质为常温水 （水温不低于5 ℃）， 压力为11.7 MPa， 保压时间为1 h， 结果没有渗漏， 无可见变形和异常声响， 试验结果合格。 截止2022 年3 月， 该分离器已运行3 个月， 运行状态正常。

7 结束语

本研究针对32 mm 的Q345R 中厚钢板， 采用TIG+SMAW 焊接工艺， 在焊后620 ℃保温3 h消应力处理后， 焊接接头抗拉强度＞500 MPa，焊缝和热影响区-20 ℃冲击功＞95 J， 侧弯试验合格， 满足NB 47014—2011 规定要求。 采用该工艺制备Φ964 mm×32 mm 的Q345R 分离器， D 类焊缝磁粉探伤和耐压试验合格， 压力容器运行正常， 表明采用钨极氩弧焊丝ER50-6 和电焊条E5015 以及制定的焊接工艺， 可以满足该压力容器D 类焊缝的焊接质量要求， 从而为压力容器D 类焊缝实际生产制造提供参考。

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