20mm厚16MnDR容器低温钢板埋弧焊接技术-中国期刊网

20mm 厚 16MnDR 容器低温钢板埋弧焊接技术

崔海涛宋统战

濮阳兴泰金属结构制品有限公司，河南濮阳 457000

摘要：分析16MnDR钢板埋弧焊接的难点和制订埋弧焊接工艺的准则。通过对20厚16MnDR厚容器低温钢板采用埋弧自动焊，用H10Mn2+SJ101焊剂组配，得到的焊接接头进行性能检测，其焊接接头的力学性能满足标准规定要求，应用于生产积累了相应的经验。

关键词：16MnDR钢板；埋弧自动焊接；工艺

前言

16MnDR钢是-40℃低温压力容器用钢，容器制造过程中多采用焊条电弧焊或埋弧焊。由于其相关焊接工艺资料不多，如NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》就没有明确推荐埋弧焊的焊丝和焊剂组配。为了获得获得第一手焊接工艺参数资料，保质保期顺利完成客户的产品，依据相关焊接标准和规程进行了埋弧焊自动焊的焊接工艺试验，取得了经验并应用于产品生产中。

1 16MnDR钢焊接性能分析

1.1 .16MnDR钢的化学成分及力学性能见表1及表2。

表1 16MnDR钢的化学成分（质量分数）（%）

GB3531标准		C	Mn	Si	Ni	Altⁿ	S	P
GB3531标准		≤0.20	1.20～1.60	0.15～0.50	≤0.40	≥0.020	≤0.010	≤0.020
材料	δ=20	0.15	1.4	0.32	0.30	0.026	0.005	0.015
复验	δ=20	0.15	1.42	0.33	0.30	0.026	0.005	0.015

表2 16MnDR钢力学性能

钢板厚度/mm

拉伸试验

冲击试验K_V2/J(-40℃）

Rm/MPa

ReL/MPa

A(%)

47

δ=20

470～600

≥295

≥21

1.2 .16MnDR钢的冷裂纹敏感性

计算碳当量Ceq(AWS)=C+Mn/16+Si/24+Ni/15+P/2=0.513%。16MnDR钢属于Fe-1类，焊接性尚好。

1.3 钢板的热裂纹敏感度

计算热裂纹敏感度系数HCS={C+(S+P+Si/25+Ni/100)/(3Mn+Cr+Mo+V)=2.25

HCS≤4,一般不会产生热裂纹。

16MnDR属于低合金铁素体低温钢，是在优质Si-Mn钢的基础上添加少量Nb、Ti、Al、Cu等合金元素，组织为细晶铁素体加少量块状珠光体，Mn、Ni等微量元素能促使晶粒细化，有利于低温冲击韧性。

从计算也可知，16MnDR具有良好的抗冷裂纹性能和较好的抗热裂纹性能，具有较好的焊接性能。因此，采取细化焊缝组织晶粒，降低焊缝填充金属杂质、减少焊接接头的拘束度是制定16MnDR厚板焊接工艺的重点。

2 焊接工艺

2.1 焊剂的选择

焊剂的碱度对低温性能具有一定的影响作用，金属中氧化物是降低冲击韧性的主要夹杂物，降低焊缝中氧含量可以提高其韧性，而焊缝的含氧量与焊剂的碱度有紧密关系，焊剂的碱度越大，焊缝中的氧含量越低，冲击韧性就越高。因此，酸性焊剂不适宜用于低温钢的焊接中。豫林SJ101是氟碱性烧结焊剂，碱度约为1.8，呈灰色圆形粒状，粒度为10～60目（约2.0～0.28mm），具有大热输入焊接，冶金效果好、焊缝和热影响区强度高、塑性和韧性配合的优点，巩义市豫林焊材有限公司SJ101成分见表3。熔敷金属力学性能见表4。

表3 SJ101焊剂碱度及化学成分（%）

碱度	Si₂+TiO₂	CaO+MgO	Al₂O₃+MnO	CaF₂	S	P
1.5～2.0	20～30	25～35	15～30	15～25	≤0.06	≤0.08

表4 SJ101焊剂配合焊丝H10Mn2熔敷金属力学性能

焊丝	屈服强度MPa	抗拉强度MPa	伸长率%	夏比V型缺口冲击功平均值（J）（-40℃）
H10Mn2	≥400	480～650	≥22	≥34

2.2 埋弧焊丝的选择

埋弧焊丝的选择既要考虑焊丝成分的影响，也要考虑母材成分的影响。为满足所要求的焊缝熔敷金属成分和力学性能，特别是冲击韧性，还的考虑市面易采购即成本，故选用天津金桥H10Mn2焊丝。限定含碳量，提高Mn/C比值，控制硫、磷含量将有利于提高焊接接头的低温冲击韧性，H10Mn2焊丝化学成分及性能见表5及熔敷金属化学成分表6。

表5 H10Mn2焊丝化学成分质量分数（%）

焊丝牌号	C	Si	Mn	S	P
H10Mn2	0.009	0.04	1.82	0.005	0.044

表6 焊丝-焊剂组合熔敷金属化学成分质量分数（%）

焊丝焊剂组合	C	Si	Mn	S	P	O
H10Mn2+SJ101	0.069	0.29	1.63	0.0058	0.019	0.044

2.3 焊接工艺参数

焊接工艺参数不同，焊接热量输入也就不同，会导致焊接热循环发生变化，从而影响到焊缝金属组织和力学性能。20mm厚16MnDR钢板，焊丝牌号H10Mn2+SJ101，焊丝直径为φ4.0mm，坡口形式及焊接道次见图1(a)所示，采用双面埋弧焊，背面碳弧气刨清根，焊前不预热，焊后不热处理。焊接工艺参数见表7(b)所示。

（a）坡口型式（b）焊接道次

图1 坡口型式及焊接次序

表7 16MnDR埋弧焊工艺参数

焊丝+焊剂	坡口型式	焊层	焊接电流（A）	电弧电压（V）	焊接速度（cm/min）
H10Mn2+SJ101	Y型、钝边7～9mm，坡口角度60°	正面第一层	630～720	35～37	45～48
		正面第二层	670～690	36～38	38～40
		背面一层	680～700	36～38	33～35

3 检验

3.1 射线检验

试件焊好后，清理干净焊道表面焊渣及毛刺，经目视检测，表面无可见缺陷，经48h冷却后进行100%RT检测，检测标准按JB/T4730.2，合格级别Ⅱ级。

3.2 力学性能检验

力学性能检验按NB/T47016的规定取样，接头拉伸试样1个，全焊缝金属拉伸试样1个，侧弯试样2个，进行力学性能试验、焊缝区和热影响区冲击试样各3个，力学性能试验结果见表8所示。

表8 焊接接头力学性能

焊接方法	板厚（mm）	抗拉强度（MPa）	弯曲试验	-40℃夏比V型冲击试验
				部位	冲击功（J）
SAW	20	540～580	合格	热影响区	35/38/42
				焊缝区	50/49/57

从以上试验数据可以看出，在拟定焊接工艺时，采用小的焊接热输入，即便不预热和后热处理，焊接接头在-40℃下力学性能试验结果能够满足设计要求，且低温冲击时的焊接接头的焊缝和热影响区的冲击吸收能量高于标准规定值。

4 结语

在对20mm16MnDR钢埋弧焊接性分析基础上，制定合适的焊接工艺，合适的施焊，焊接性能符合NB/T47015-2011《承压设备焊接工艺评定》标准的要求，在实际生产应用中中取得了良好经济效益。

参考文献

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通讯作者：崔海涛（1987-）.男.汉族.河南新乡人.2010年毕业于九江职业技术学院.现在濮阳兴泰金属结构制品有限公司从事技术工作。

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