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常用金属材料的埋弧焊接——碳钢

文章来源: 文章编辑: 更新时间:2016-12-29 23:02:01 点击次数:

一、管道焊接特点

碳钢的焊接性主要取决于碳的含量,随着含碳量的增加,焊接逐渐变差。碳钢中的锰和硅对管道焊接性也有影响,其含量增加,焊接性变差,但不如碳的作用强烈。通常把锰、硅的影响折算为相当多少碳量的作用,这样就可以把碳、锰和硅对焊接性的影响用碳钢的碳当量(CE)经验公式来表示,即CE=ωc÷1/6wMN+1/24wSI(CE值增加,则产生冷裂纹的可能性增加,焊接形变差。通常,CE值大于0.4%时,冷裂纹的敏感性增大)。

 1.低碳钢

低碳钢的含碳量低,锰、硅的含量也少,它的碳当量值远远小于0.4% ,因此,低碳钢在通常情况下不会因焊接而引起严重的硬化组织或裂纹。低碳钢的塑性和韧性优良,焊成的接头也能获得满意的塑性和韧性。焊接时一般不需采用特殊的工艺措施,就能够获得优质的焊接接头,因此其焊接性优良。

2.中碳钢

中碳钢包括30, 35, 45 , 50 , 55等碳素结构钢和ZG230~450 ,ZG270~500, ZG310~570, ZG340~640等铸造碳钢,由于中碳钢的含碳量比低碳钢高,其焊接性比低碳钢差。当碳的质量分数接近0.3%,而含锰量不高时,焊接性尚好,但随着含碳量的增加,焊接性逐渐变差。当碳的质量分数达到0.5%左右时,焊接性明显变差,容易产生冷裂纹、热裂纹和一氧化碳气孔等缺陷,这时,一般不采用埋弧焊进行生产。

二、管道焊接工艺

通常,在管道焊接一般低碳钢结构时,焊丝可选H08,H08A,配合HJ430, HJ431;焊接重要低碳钢结构时,焊丝选H08MnA ,配合HJ431。详见表1。


低碳钢埋弧焊焊接材料的选用钢号

埋弧焊采用比手工电弧焊大得多的管道焊接规范参数,生产效率较高,熔深也大。对于厚度较大的焊件,可以采用多道焊来完成。多道焊时,由于第一层焊缝里基本金属熔化比例(熔合比)较大,焊缝中含碳量略有升高,再加上第一层的焊缝易形成不利的横截面形状(所谓0形截面),所以在第一层焊缝中容易产生热裂纹。在环缝自动焊时,为防止金属熔池中的液态金属外流及保证焊剂的良好保护作用,管道焊接位置应从最高处朝旋转的相反方向偏移一段距离,使熔池保持在焊件的上表面。

如前所述,中碳钢管道焊接一般采用焊条电弧焊的方法,当35钢、ZG270~500钢、45钢和ZG310~570采用埋弧焊时,要注意以下几点:

1)35钢,ZG270~500钢采用埋弧焊时,焊丝可选用H08MnA , H10Mn2,配合焊剂HJ430 , HJ431使用,而45钢、ZG 310~570采用埋弧焊时,焊剂一般选用HJ350或SJ101,焊丝选用H08MnMoA。

2)35钢、ZG270~500钢埋弧焊时,焊件的预热温度和层间温度为150º左右,当焊件刚性比较大时,预热温度和层间温度应提高到200~250º。局部预热的加热范围为坡口两侧150~200mm。而45钢、ZG310~570埋弧焊时预热温度为200℃以上。最好整体预热,层间温度不得低于预热温度。

3)管道焊接时要选用较小的焊接电流,以降低焊缝的熔合比,减少母材中的碳向焊缝中过渡的数量。

4)35钢、ZG27D~500钢埋弧焊时,对于厚度大,或者刚性大,或者工作条件恶劣的焊件,焊后宜马上进行消除应力回火处理,回火温度一般为600~650ºC。对于一般厚度的焊件可采用后热,以使扩散氢逸出,后热温度一般为200~350 ºC,保温时间2~6h。而45钢、ZG310~570埋弧焊时,焊件焊后应马上进行消除应力回火处理,回火温度为600~650 ºC。

三、操作实例

1.蒸汽锅炉锅筒20g的埋弧焊

蒸汽锅炉上锅筒采用20g钢制造,壁厚30mm,其工作压力为2.5 MPa,采用直流埋弧焊进行焊接,纵缝和环缝的钢板厚度相同,坡口形式也一致定位焊采用焊条电弧焊。

 

蒸汽锅炉锅筒的坡口形式

1)采用刨边机制作接头坡口,并对坡口及其两侧各20~30mm范围的铁锈、油污等杂质进行清理,使其露出金属光泽。

2)在焊剂垫上进行定位焊,与此同时,在筒体纵缝两端装配产品焊接试板、引弧板和引出板(如图2)。引弧板与引出板的尺寸均为l50mm x 100mm x 30mm,坡口均与接头坡口相同。

装配形式

3)埋弧焊焊剂采用HJ431,焊丝采用φ5mm的H08MnA ,焊丝伸出长度为40mm;定位焊用焊条采用气保焊或手工焊条。

4)焊前,焊剂在300℃烘干2h;焊条在150℃烘干2h。经烘干的焊剂、焊条放在100℃左右的封闭保温筒里,随用随取。

5)管道焊接工艺

 

锅筒(壁厚30mm)的埋弧焊工艺参数

6)焊完正面焊缝以后接着焊反面焊缝,层间温度均控制低于250℃。

7)焊接纵、环缝正面第一道焊缝时,反面(锅筒外面)加焊剂垫,要求纵缝的焊剂垫在焊缝整个长度上都与焊件紧密贴合,且压力均匀,以防止液态金属下淌。

8)环缝管道焊接时.无论是正面焊缝,还是反面焊缝,焊丝均与筒体中心线偏离35~45mm距离。

9)焊接结束后,对锅筒的纵、环缝进行100%射线检测,结果为II级。对产品焊接试板进行检验,接头的强度和塑性均合格。

2.碳钢纵缝埋弧自动焊

 若干条20钢板采用埋弧自动焊进行对接纵缝的焊接,钢板长度为2000mm和1000mm两种。厚度为20mm焊接工艺如下:

1)采用V形坡口双面自动焊, 

钢板对接坡口形式与尺寸

2)清除坡口及其边缘的油污、氧化皮及铁锈等,对重要产品,应在距坡口边缘30mm内打磨出金属光泽。

3)用J427焊条在坡口面两端预焊长约40mm的定位焊缝,长度大的工件还应增加若干中间定位焊缝。定位焊缝需有足够的牢固性以保证安全起吊。

4)在接缝两端焊上与坡口形式一样的引弧板和引出板。

5)将干燥的HJ431焊剂铺在槽钢上做成简易的焊剂垫,并用刮板将焊剂堆成尖顶,纵向成直线。

6)将装搭好的焊件起吊、翻身,置于焊剂垫上。起吊点应尽量接近装搭焊缝处,以免装搭焊缝断裂。工件安顿位置如图4所示,以防焊接时工件倾斜不平,在其两端轻轻垫上木楔。

 

7)对应工件纵缝安顿轨道与焊车,装上φ5mm的H08MnA焊丝,放入经250℃烘于的H431,工件接电源的负极。

8)调整好焊丝和指针(或红外跟踪),选择好所需的焊接工艺参数从引弧板上起弧,起弧后对所选用工艺参数仍可作适当调整。焊接过程中要保证焊丝始终指向焊缝中心。焊接过程必须在引出板上结束。

 

20钢对接自动焊规范

9)将背面焊好的焊件吊起、翻身,用碳弧气刨和砂轮磨去焊根,并清理焊道。

10) 进行坡口正面的焊接。第一层尽量使焊缝呈圆滑下凹形,并保留坡口边缘线;第二层必须盖住第一道焊缝。焊毕割除引弧板和引出板。

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