45Mn2混凝土送料管的焊接与热处理工艺优化

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混凝土送料管是混凝土工程机械上用量最多的易损件，常

用中碳合金钢无缝管毛坯组对焊接．毛坯管与连接法兰相焊．

焊后再进行热处理以达到设计使用要求。怎样提高质量和使用

寿命、保障安全可靠性，其焊接工艺与焊后热处理是关键因

素。下面针对材质为45mn2的耐磨送料管的焊接与热处理工艺

予以分析并进行工艺优化

。

l 性能要求和材质分析

送料管通常在管内带有一定压力下将混凝土从输送泵送往

高处．工作时经常处于带压负荷加频繁振动状态．从而要求管

壁有足够的厚度与强度，但管壁叉不能太厚．以满足质量轻而

又具有耐磨和耐冲击性能的要求。对常用壁厚4～8 mm的热轧

或者正火状态(非调质状态)45mn2无缝管，需焊后进行适当

的调质处理方可达到性能要求。45mn2化学成分见表1，热处

理与力学性能见表2。合金元素mn的主要作用是增加钢的淬透

性、强化铁素体，提高回火稳定性，防止回火脆性。这类钢韧

性往往不是最主要的，淬透性比较大，焊接性比较差。焊接工

艺复杂，焊后必须通过调质处理才能保证接头的性能。这类钢

的纯度对焊接性的影响特别重要，钢中s，p不得大于o．o4％。

表1 45mn2化学成分【质■分数) (％ )

c l si l mn i p l s cr l ni

0．42—0．49 i 0．20加．40 l 1．40—1．80 l≤0．o40 i≤0．o40 ≤0．035 l≤0．035

表2 45ma2的热处理工艺与力学性能

热处理力学性能

淬火温度冷却回火温度冷却 odmpa tr

mpa (％) (％) ad(j·cⅱ产)

／oc

840 油冷 550 水、油冷 ≥900 ≥750 ≥10 ≥45 ≥60

2 焊接性分析

(1)裂纹45mn2含碳量及合金元素含量都较高，具有较

大的热裂纹倾向。为了提高焊缝金属的抗热裂能力。只能采用

低碳低硅、含s，p杂质少的填充材料。在焊接工艺上应注意

收稿日期：2oo7—03—23

保证填满弧坑和保证良好的焊接成形，因为热裂纹容易出现在

未填满的弧坑处。另外，较高的含碳量和合金元素使钢淬硬倾

向大，冷裂倾向较为严重。主要原因是在550℃以下温度区间

过冷奥氏体的稳定性和较低的ms点所致，在低温下形成马氏

体一般难以产生“自回火” 效应，并且由于马氏体中的含碳量

较高，有很大的过饱和度，硬度和脆性更大，对冷裂纹的敏感

性大。

(2)过热区的脆化在焊接热影响区的过热区内很容易产

生硬脆的高碳马氏体。冷却速度大．生成的高碳马氏体越多，

脆化也就越严重。为减少过热区脆化，从减少淬硬倾向出发，

采用大的焊接热输入有利，但由于这种钢的淬硬倾向很大，仅

通过加大热输入往往还难以避免马氏体的形成，却反而增大了

奥氏体的过热和提高了奥氏体的稳定性．促使形成粗大的马氏

体，使过热区的脆化更为严重。因此。一般倾向于采用小的热

输入，而同时采取预热、缓冷和后热等措施。

3 焊接工艺分析

45mn2钢管焊前所处的状态很重要．它决定了焊接时出现

问题的性质和所需采取的工艺措施。对于热轧与正火状态的钢

管。采用先焊接再进行整体调质。焊接时的主要问题是裂纹，

热影响区的性能可通过焊后的调质处理来保证，焊接工艺方法

没有限制。大批量生产一般采用co 焊进行焊接。选取焊丝

时，除了要保证不产生冷裂纹外，还有一些特殊要求，即焊缝

金属的调质处理参数应与母材一致。以保证调质后的接头性能

也与母材相同。因此。焊缝金属的主要合金组成应尽量与母材

相似。但对能引起焊缝热裂倾向和促使金属脆化的元素(如

c，si，s，p等)应加以严格控制。确定工艺参数的出发点主

要是保证在调质处理前不出现裂纹，接头性能由焊后热处理来

保证。因此可以采用较高的预热温度(200～350℃)和层问温

度。如果焊后来不及立即调质处理。为了保证冷却到室温后在

调质处理前不产生延迟裂纹．必须在焊后及时进行一次中间热

处理。这种热处理一般是在焊后等于或高于预热温度下保持一

w_eldin

technology vo1．36 no．5 oct．2007 ·焊工之友· 71

文章编号：1002—025x(2007)05—0071-02

自动焊技术在大型储罐焊接中的应用

关键词：储罐；焊接；质量控制

中图分类号： iig457．5 文献标识码：b

肖津

(中国石油大港石化12全文查看公司，天津300280)

大港油田石化公司500万配套扩建工程中，需新建2座

50 000 m 浮顶储罐，储罐直径60 m，高19．32 m，壁板宽度2

400 mln。第1圈壁板板厚30 mm，共计8圈壁板，除第8圈采用

q235a钢材外，其余壁板全部采用16mnr，单座罐体质量为1

130．8t。

1 气电立焊

50 000 m 储罐壁板最大厚度30 mln，焊接工作量较大，壁

板材质为国产16mn，属于低合金钢，焊接时，如果热输入较

大，易出现过热现象，导致焊缝的韧性指标下降。因此壁板纵

收稿日期：2007—06_14；修回日期：2007—08—09

焊缝焊接时．选取既可控制热输入及焊接速度，效率又比较高

的气电立焊工艺。同时为进一步控制焊缝过热现象，施焊过程

中采用水冷铜鼓块进行冷却。

全部焊缝由2台气电立焊机完成．焊机选用auto vup—i

型气电立焊机，该机由焊接电源及台架、焊枪及送丝机、防风

框架、焊接升降操作平台、焊接自动控制系统、摆动控制系

统、水冷却循环系统等部分组成。

1．1 气电立焊工艺流程

组装质量检查(间隙、错边等)一反变形措施设置(架背

杠等)一co：气体除湿加热一焊接设备安装一焊丝拆封、检

查一焊机试运一设定焊接参数一焊丝送进一焊接并检查焊接熔

合情况一外观检查。

段时间．其目的是为了从两方面来防止延迟裂纹：一是起到扩

散氢的作用；二是使组织转变为对冷裂敏感性低的组织。另

外。当处理温度高时，还有消除应力作用。

4 焊接与热处理优化措施

(1)坡口管对接采用单面焊双面成形，开单面v形坡

口。钝边0．5～1．0 mm，坡口角度60。，间隙1～1．5 mln。坡口内

表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。坡口表面及两侧15～20

mm范围内必须清理干净，不得有影响焊接质量的铁锈、油污、

水分等有害物质。用火焰割制的坡口。需用砂轮机对表面层打

磨．直至露出金属光泽。

(2)焊材选择t焊丝牌号选用h10mn2a，直径1．0 mm，

焊丝表面不得有油、锈、水等污物。保护气采用富氩混合气体

p(ar)80％+妒(c02)20％。

(3)焊接过程控制焊前对坡口两侧各100 mm范围内用

火焰预热至250～300 oc，焊接过程中同步火焰加热端内孔2，3

圈。施焊时尽量保证在平焊位置。为保证良好的焊接成形，整

条焊缝一次性完成。中途不得断弧，熄弧时注意保证填满弧坑

和平滑过渡搭接接头。管壁厚4～8 mm的管道焊接工艺参数严

格按表3执行。

衷3 管璧厚4-8 nlnl的管道焊接工艺参数

焊丝直径焊接电流电弧电压焊接速度气体流量

／ram ／a ／v ／(era·min-i) ／(l·min- )

1．0 180—220 24—27 28—40 15—20

(4)焊后检查外观要求焊缝及热影响区表面不得有任何

裂纹、未焊透、未熔合、弧坑。可选择渗透、磁粉、着色无损

检测之一检查表面裂纹。

(5)焊后热处理整体加热至850℃后保温1 h(入炉温度

须>650℃)，然后在油中淬火冷却34 min，获得一定深度马氏

体。将工件出炉淬入油中操作要迅速。尽量缩短在空气中的停

留时间。工件出油后立即进入清洗机进行清洗，温度50～80℃，

时间10～15 min。然后进行回火，温度280-320 oc (实际使用300

℃)，时间120～150min，到回火时间后，出炉水冷，冷却时间

为15～25 s。回火后检验工件硬度，要求

>hrc50。如焊后不能

及时进行调质处理。应尽快进行680 oc左右回火处理(焊缝处

的金属不能冷却至低于250 oc)，最后按规定进行调质处理。

5 结论

执行工艺优化措施后的45mn2送料管成品不仅没有任何裂

纹等缺陷的产生。同时强度、硬度和韧性都符合性能要求，综

合性能得到了明显的改善。

提高了使用寿命。12全文查看混凝土送料管是混凝土工程机械上用量最多的易损件，常