分离器筒体镍基C276带极埋弧堆焊工艺研究及应用_刘鸿彦.pdf

第 39 卷第 11 期压力容器2022 年 11 月doi:10 3969/j issn 1001 4837 2022 11 004试 验 研 究分离器筒体镍基 C276 带极埋弧堆焊工艺研究及应用刘鸿彦，孙修圣，杜永勤，李卫华(南京宝色股份公司 技术中心，南京211178)摘要:采用带极埋弧堆焊对 SA302 Gr B 试板进行镍基合金 C276 堆焊工艺评定，依照 NB/T 47014 及技术协议要求对堆焊层的弯曲、硬度、化学成分及耐蚀性能指标进行了检测，试验结果表明，选用型号为 EQNiCrMo 3/NSAS3 50BS 的焊带/焊剂组合进行过渡层堆焊，EQNiCrMo 4/ES A FB 2B 的焊带/焊剂组合进行耐蚀层堆焊，可以获得性能优良的堆焊层，焊道成型平整。按照 ASTM G28 A 法对耐蚀层焊态试样与固溶态试样进行腐蚀率检测，结果分别为 9 76，7 55 mm/a，满足技术协议对腐蚀率比值1 5 及 JB/T 4756 对腐蚀率12 mm/a 的要求。根据焊接工艺评定制定焊接工艺规程，对分离器筒体内壁进行 EQNiCrMo 3+EQNiCrMo 4 带极堆焊，采用纵向压道方式进行，通过工装约束、分区对称施焊以及预热、热处理等工艺措施，筒体堆焊变形得以控制，产品的堆焊质量得以保证。关键词:分离器;筒体内壁;镍基合金;纵向堆焊;带极埋弧堆焊中图分类号:TH49;TG455文献标志码:AStudy and application of nickel-base C276 SAW strip surfacing technology for separator cylinderLIU Hongyan，SUN Xiusheng，DU Yongqin，LI Weihua(Nanjing Baose Co，Ltd，Technical Center，Nanjing 211178，China)Abstract:The nickel-base alloy C276 surfacing process of SA302 Gr B test plate was evaluated by submerged arc electrodesurfacing machine The bending，hardness，chemical composition and corrosion resistance of surfacing layer were tested accordingto NB/T 47014 and technical agreement requirements The test results show that the surfacing layer has excellent performance andthe weld beads were formed smoothly when EQNiCrMo 3/NSAS3 50BS and EQNiCrMo 4/ES A FB 2B were selected forthe transition layer surfacing and the corrosion resistant layer surfacing The corrosion rate of as-welded and as-solutionedspecimens of corrosion resistant layer were detected according to ASTM G28 A The results were 9 76 mm/a and 7 55 mm/arespectively，which meet the requirements of technical agreement for corrosion rate ratio 1 5 and JB/T 4756 for corrosion rate12 mm/a The welding procedure was formulated to guide the strip surfacing of inner wall of separator cylinder according to thesurface procedure qualification The EQNiCrMo 3+EQNiCrMo 4 surfacing were performed in a longitudinal way Surfacingdeformation of the separator cylinder was controlled and product surfacing quality was guaranteed by technological measures suchas tooling constraint，zone symmetric welding，preheating and heat treatmentKey words:separator;cylinder inner wall;nickel-base alloy;longitudinal surfacing;submerged arc strip surfacing收稿日期:2022 09 14修稿日期:2022 10 250引言随着我国石化工程行业的迅速发展，高压、高温、腐蚀条件下服役的容器设备越来越多，为降低容器的原材料成本，通常采用强度型低合金钢或耐热型低合金钢作为基层，保证容器的耐压强度;采用不锈钢、镍、钛、锆等作为复层，保证容器的耐腐蚀性能。目前，业内主要采用两种方式进行设计，一种是采用复合板1 3，工程上常见复层厚度为 2 5 5 mm;另一种则是采用堆焊的形式，将22刘鸿彦，等:分离器筒体镍基 C276 带极埋弧堆焊工艺研究及应用镍、铜或不锈钢焊材堆焊熔敷到基层材料上，常见于堆焊层厚度6 mm、且不适宜通过爆炸复合进行制备的情况4 5。本文研究的是承制的某三聚氰胺节能改造项目中的分离器设备，该设备主体部件采用堆焊的形式制作。分离器的主筒体材料为 SA302 Gr B，筒体长度为 2 920 mm，直径为 1 224 mm，厚度为52 mm，图样要求整个筒体内壁堆焊至少 12 mm与 C276 材料性能相当的复层。因堆焊量较大，采用焊条电弧焊或自动氩弧焊堆焊的方式，制造成本太高，故采用带极堆焊的形式进行整个内壁的堆焊，以提高焊接效率、降低焊工劳动强度。受筒体直径限制，如果采用环向连续堆焊，焊工较难在筒体内部进行渣壳的清理，本文对筒体纵向带极堆焊的堆焊工艺进行研究，以保证大熔覆镍基纵向堆焊筒体变形及堆焊质量，为产品的制造提供参考。1试验材料及方法1 1试验材料SA302 Gr B 属于压力容器用锰钼合金钢板，常用于锅炉、电站、石化等行业相关容器及部件的制作，在高温服役温度条件下，具有较好的力学性能，450 时的抗拉强度仍能达500 MPa。试验用堆焊试板的供货状态为正火+回火，试板的化学成分如表 1 所示。表 1母材的化学成分Tab 1Chemical composition of base metal%牌号CSiMnPSAltCrNiCuMoNbVTiBSA302 Gr B0150 211320010002 70020050030080490 001000200010 000 05镍基合金具有出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂性能，在氧化和还原状态下，对大多数腐蚀介质都具有优异的耐腐蚀性能。本文需堆焊的 C276 复层尤其适合在高温、混有杂质的无机酸和有机酸、海水腐蚀环境中使用。试板堆焊过渡层采用 EQNiCrMo 3/NSAS3 50BS 焊带/焊剂组合，耐蚀层采用 EQNiCrMo 4/ES A FB 2B焊带/焊剂组合，焊带规格 0 5 mm 60 mm，符合ASME BPVC ，SFA 5 14 标准要求;NSAS3 50BS 为埋弧型焊剂，符合 EN 760 标准要求，ES A FB 2B 为电渣型焊剂，符合 EN ISO 14174要求。具体焊材质量证明书成分见表 2 4。表 2过渡层焊带化学成分Tab 2Chemical composition of transition layer welding strip%牌号CSiMnPSCrMoNiCuAlFeTiNb+TaOtherEQNiCrMo 300110 060 0010001000122 6886400101015022360 5Weld Deposit0 030 410 036000300042252855001300481140005表 3耐蚀层焊带化学成分Tab 3Chemical composition of corrosion resistant layer welding strip%牌号CSiMnPSCrMoNiVWCuCoAlNbFeEQNiCrMo 400060 040 40001000216165em015350 02060200545表 4耐蚀层焊剂化学成分Tab 4Chemical composition of corrosion resistantlayer welding flux%牌号CaF2Al2O3SiO2CaO+MgO K2O+Na2O FeO+MnOES AFB 2B 3020650231 2焊接方法及设备本项目采用带极埋弧堆焊方法进行，堆焊方式为纵向压道堆焊。此套带极堆焊装置经改进后同时集成了带极埋弧堆焊和带极电渣堆焊的功能，可以根据工艺需要进行堆焊方式的切换，系统中弧焊电源采用 DC1500 型，焊接系统如图 1 所示，试板堆焊时机头结构如图 2 所示。图 1带极堆焊弧焊系统Fig 1Strip surfacing arc welding system32PESSUE VESSEL TECHNOLOGYVol.39，No.11，2022图 2带极堆焊机头结构Fig 2Machine head of strip surfacing equipment1 3焊接工艺评定1 3 1焊前准备SA302 Gr B 焊接试板的尺寸为 600 mm 300 mm 25 mm。堆焊前，将试板表面的铁锈抛磨去除，露出金属光泽，并按 NB/T 47013 42015 对待堆焊表面进行 100%MT(磁粉)检测，确认级合格。1 3 2预热及层温根据表 1 中母材化学成分可知，SA302 Gr B锰钼钢属于低合金钢，参考国际焊接学会推荐适用于碳钢和低合金高强钢的碳当量计算公式6，SA302 Gr B 的碳当量 CE=0 52%，通常低合金高强钢在 CE 0 5%时，材料易淬硬，焊接性变差。根据计算可知，SA302 Gr B 锰钼钢的焊接具有一定的淬硬倾向，NB/T 470152011压力容器焊接规程 中对抗拉强度大于 490 MPa 的锰钼钢类材料的焊接也推荐进行预热处理。为保证过渡层熔敷金属与锰钼钢基层的堆焊结合强度及质量，堆焊前对试板进行80 的预热，以减缓冷却速度，减小出现淬硬倾向。对镍基合金而言，在材料焊接过程中，熔敷金属的粗晶倾向和热裂纹倾向相对较大，带极埋弧施焊时，焊接电流及熔覆率比丝极埋弧更大，为保证熔敷金属的组织性能，控制过渡层堆焊的道间温度200，耐蚀层堆焊的层、道间温度120，以获得高耐蚀性能的堆焊层。1 3 3堆焊工艺堆焊前，对焊剂进行 350 烘干 2 h，调整机头的方向，使带宽方向与十字架前进方向垂直，实现对工艺评定试板进行纵向压道堆焊，堆焊的焊层/焊道如图 3 所示，堆焊工艺参数如表 5 所示。图 3试板堆焊层次示意Fig 3Schematic diagram of surfacing layer of test plate表 5带极堆焊焊接工艺参数Tab 5Welding process parameters of strip surfacing焊层焊接方法焊接方式压道宽度/mm填充金属型号焊带规格/mm焊接电