CO2气保焊对接管内壁防腐层的堆焊4.docx
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CO2气保焊对接管内壁防腐层的堆焊4
CO2气保焊在大接管内壁防腐层的
堆焊应用可行性分析报告
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校对:
审核:
2011年5月9日
CO2气保焊在大接管内壁防腐层的
堆焊应用可行性分析报告
一、实验目的:
我公司现大部分大管径的内壁堆焊都采用焊条电弧焊,其效率低,堆完后加工量大,成本高。
为解决这一问题提出利用CO2气保焊对接管内壁防腐层的堆焊这一实验,实验成功后将投入生产中从而达到提高其生产效率和降低成本的目的。
二、实验仪器:
CO2气保焊机一台焊接变位机一台CO2焊枪工装夹具一套
三、实验内容:
(一)、制定合格的CO2气保焊对大接管内壁防腐层堆焊的工艺评定。
(二)、CO2焊枪工装夹具的制作和改进。
(三)、调试CO2气保焊堆焊大接管内壁过渡层和面层的可行性焊接工艺,实验具体分为三个阶段:
第一阶段:
调试堆焊过渡层TFW—309L的焊接工艺。
第二阶段:
调试堆焊面层TFW—347L的焊接工艺。
第三阶段:
调试堆焊面层TFW—347LD的焊接工艺。
四、实验过程:
(一)、CO2气保焊对接管内壁防腐层堆焊工艺评定的制作和评定结果:
制作工艺如下:
焊接工艺评定试板(CO2气保焊堆焊)材料:
Q345R+堆焊347L
规格:
500×200×14
焊材:
过渡层:
TFW—309L规格:
Ф1.2CO2气体保护
面层:
TFW—347L规格:
Ф1.2CO2气体保护
1、将试板表面加工出金属光泽,清除油污。
2、对试板进行堆焊,堆焊采用CO2气保焊,规范如下:
a)过渡层堆焊
堆焊层面积500×200(mm2),堆焊厚度3.5mm
电流(A)
电压(V)
气流量(L/min)
速度(mm/min)
层温(℃)
180—200
30—32
15
440
5—100
过渡层堆焊完毕后对堆焊层进行测厚同时对过渡层表面进行100%PT检测,按JB/T4730—2005Ⅰ级合格。
b)面层堆焊
堆焊层面积500×200(mm2),堆焊厚度3.5mm
电流(A)
电压(V)
气流量(L/min)
速度(mm/min)
层温(℃)
190—210
32—34
15
440
5—60
3、堆焊完毕后对整个堆焊层进行测厚同时对堆焊层的表面进行100%PT检测和堆焊层100%UT检测按JB/T4730—2005Ⅰ级合格。
4、堆焊层检测合格后按模拟退火620+15/-10℃×8h工艺进行焊后热处理。
5、热处理完毕后进行机械性能测定,其评定结果如下:
a)堆焊层的化学元素的测量如下表检测标准(GB/T11170—2008)
化学元素
C
S
P
Si
Mn
Cr
Ni
Nb
保证值(%)
≤0.08
≤0.03
≤0.04
≤1.0
0.5—2.5
18—21
9—11
8﹡C—1.0
实测值(%)
0.050
0.004
0.020
0.41
1.44
18.01
9.54
0.30
由上表的堆焊层的化学成分可以看出此CO2气保焊堆焊层的熔敷金属化分符合堆焊347L的标准金属化学成分。
b)堆焊层铁素体的测量:
检测标准(GB/T1954—2008)
状态
焊态
堆焊层(FN)
6.1
4.6
4.5
5.2
7.3
4.6
由上表分析可看出CO2堆焊层铁素体的含量符合技术要求中3—8的技术要求标准。
c)力学性能的测定(弯曲实验):
检测标准(GB/T232—1999)
状态
弯曲实验
焊态+模拟退火620+15/-10℃X8h
d=4aα=180°
a=10.00大侧弯4件合格
a=3.00小侧弯4件合格
可见用CO2气保焊堆焊后,其弯曲塑性符合要求合格。
d)硬度检测(HV10):
(焊态+620℃/8h模拟退火)
部位硬度检测(HV10)
表层:
193194191
过渡层:
181183186
热影响区:
155156157
母材:
150156154
可见硬度都符合硬度技术条件≤220HB要求。
e)堆焊层最小厚度测量(焊态+620℃/8h模拟退火)7.0mm
堆焊厚度符合≥7.0mm的技术要求。
f)晶间腐蚀试验结果:
硫酸-硫酸铜法按GB/T4334-2008标准通过。
由此可知CO2气保焊堆焊层具有良好的抗腐蚀性能。
g)金相显微组织:
(附照片如下)
母材:
铁素体+珠光体(图一)
热影响区:
铁素体+珠光体(图一)
(图一)100×
堆焊层:
奥氏体+铁素体(图二)
(图二)100×
其评定结果按JB4708-2000标准评定合格。
(二)、CO2焊枪工装夹具的制作和改进:
由于CO2气保焊能够进行连续的焊接,只要采取一定的工装夹具将其枪头固定,将接管安装在变位机上,在变位机的转动下带动接管转动,并手动调节枪头的水平移动位置来实现完成接管内壁防腐层的堆焊。
前期的调节旋钮需要在接管内进行操作,给操作带来了不便,在本次实验中我们对其进行了改装和稳固,改为在接管外操作,其具体如图三所示:
图三
接管的安装具体见图四所示:
图四
(三)、调试CO2气保焊堆焊大接管内壁过渡层和面层的可行性焊接工艺
1、调试堆焊过渡层TFW—309L的焊接工艺
第一步
对两节接管进行过渡层的堆焊(CO2气保焊)
待堆材料:
16MnⅢ规格:
Ф652×465×100Ф528×290×68
焊接材料的选择:
焊丝:
TFW—309L规格:
Ф1.2CO2气体保护
焊接参数的选择如下表:
电流(A)
电压(V)
气体流量(L/min)
速度(mm/min)
160—200
25—28
15
730—580
实验结果:
发现堆焊面成形不良,大部分出现凹痕和沟槽,堆焊面不平整。
结果分析:
导致的原因可能是变位机转速过快,焊接规范不合理,药皮没能够及时清理导致溶入溶池形成夹杂缺陷。
第二步
在堆焊5道后重新调节焊接速度和焊接规范,将焊接速度调为580mm/min电流由原来的160A调为200A,电压由原来的25V调为28V。
实验结果:
焊后发现其成形比以前稍好,没有出现大量的凹痕和沟槽。
焊接时药皮及时清理但堆焊面成形并不是很理想。
第三步
在前期的实验基础上,对焊接规范重新调节,将导电嘴距工作面距离调至15—20mm,以防熔池熔合不好,采用滑坡10—15mm,对接管内壁的过渡层进行重新试堆(CO2气保焊)。
待堆材料:
16MnⅢ规格:
Ф652×465×100Ф528×290×68
焊接材料的选择:
焊丝:
TFW—309L规格:
Ф1.2CO2气体保护
焊接参数的选择如下表:
电流(A)
电压(V)
气体流量(L/min)
速度(mm/min)
200
30—32
15
360—440
实验结果:
由于对前期实验的改进,本次堆焊的过渡层除少部分因操作失误外表面有小沟槽,其余大部分成形都比较良好,通过对过渡层100%UT和100%PT检测按JB/T4730—2005Ⅰ级合格。
堆焊厚度有3—3.5mm.达到工艺要求。
结果分析:
由上述实验可分析得出在堆焊过渡层时,导电嘴离工作面得距离不能过高,过高导致熔合不好容易出现未熔合的缺陷,而且采用滑坡10—15mm时焊道能够摊开在工作面上,不易形成棱痕,焊接电流控制在200A左右,电压在30V—32V为宜。
2、调试堆焊面层TFW—347L的焊接工艺。
第一步
对两节接管进行面层的堆焊(CO2气保焊)
待堆材料:
16MnⅢ规格:
Ф652×465×100Ф528×290×68
焊接材料的选择:
焊丝:
TFW—347L规格:
Ф1.2CO2气体保护
焊接参数的选择如下表:
电流(A)
电压(V)
气体流量(L/min)
速度(mm/min)
220—240
32—34
15
580—460
试验结果:
在堆焊过渡层的基础上将其焊接规范重新调节,电流增大为240A,电压增大为34V,速度减慢至460mm/min,但堆焊的面层和过渡层相比成形差,仍出现大量的凹痕和沟槽,堆焊面不光滑,飞溅过多。
结果分析:
分析其原因可能是焊接速度还是过快,焊接规范还是不合理,导电嘴距离堆焊面过高使其熔合不好。
第二步
在重新选用焊接参数以后对两节接管内壁的防腐层的面层进行堆焊(CO2气保焊)
待堆材料:
16MnⅢ规格:
Ф652×465×100Ф528×290×68
焊接材料的选择:
焊丝:
TFW—347L规格:
Ф1.2CO2气体保护
焊接参数的选择如下表:
电流(A)
电压(V)
气体流量(L/min)
速度(mm/min)
200—220
30—34
15
230—280
实验结果:
堆焊面层的成形并没有像过渡层那么良好。
通过反复的调节焊接参数。
用大电流大电压使其能够和过渡层相溶,但成形还是很差,焊道边缘不整齐,有凹痕存在,飞溅较多,有些地方有明显的脱层。
结果分析:
有可能是堆焊的过渡层没有进行局部加工见光,有堆焊痕和表面不干净所致。
第三步
由于出现上述情况,只好将接管堆焊后的过渡层进行机械加工局部见光,加工完重新堆焊面层
焊接参数的选择如下表:
电流(A)
电压(V)
气体流量(L/min)
速度(mm/min)
220
34
15
280
实验结果:
堆焊的面层效果要比前期好。
堆完后对面层100%UT和100%PT检测按JB/T4730—2005Ⅰ级合格,堆焊厚度有3—3.5mm,达到工艺要求,但需要对表面进行机械见光延耗工时、降低效率并没有达到高效率面层堆焊的理想状态。
结果分析:
采用TFW—347L堆焊面层并不能达到表面光滑,堆焊后不需加工的工艺要求,重新考虑选用面层堆焊焊丝。
3、阶段三调试堆焊面层TFW—347LD的焊接工艺。
改用面层的焊接材料为TFW—347LD对接管内壁防腐层的面层进行堆焊。
待堆材料:
16MnⅢ规格:
Ф652×465×100
焊接材料的选择:
焊丝:
TFW—347LD规格:
Ф1.2CO2气体保护
焊接参数的选择如下表:
电流(A)
电压(V)
气体流量(L/min)
速度(mm/min)
200—220
30—32
15
230—280
实验结果:
通过改用焊丝后,发现在过渡层堆焊后不用机械见光的基础上可以堆焊面层,成型光滑平整。
没有前期实验时出现的夹杂、沟槽、凹痕、脱层缺陷,为整个堆焊实验攻克了一个难点。
并堆焊后对面层通过进行100%UT和100%PT检测按JB/T4730—2005Ⅰ级合格。
五、实验结论:
通过前期大量的实验总结出以下关于用CO2气保焊对接管内壁防腐层的堆焊的几点结论:
1、要选用最适合堆焊的焊接材料和焊接工艺参数具体如下表所示:
过渡层
焊接材料
TFW—309L
焊材规格
Ф1.2mm
焊接电流(A)
180—200
电压(V)
30—32
气体流量(L/min)
15—20
速度(mm/min)
360—440
层间温度(℃)
5—150
面层
焊接材料
TFW—347LD
焊材规格
Ф1.2mm
焊接电流(A)
200—220
电压(V)
30—32
气体流量(L/min)
15—20
速度(mm/min)
230—280
层间温度(℃)
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