CN102463406A - 耐热钢筒型机壳的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装备制造业中的焊接技术，是BCL筒型离心压缩机焊接机壳的焊接专业技术，具体地说，是铬钼耐热钢20CrMo材料的离心压缩机筒型机壳的焊接工艺。采用气体保护焊，所采用的焊丝牌号：CHW-55B2；焊丝直径：φ1.2mm；电源极性：直流反接；包括焊前处理、焊接过程以及焊后处理，其中焊接过程工艺参数为：焊接电流150～230A；焊接电压：25～30V；保护气体：按体积百分比，80%Ar和20%CO₂的混合气体；焊接速度：100～200mm/min；干伸长：10～15mm；气体流量：15～20L/min。本发明焊接过程中焊丝自动送给、不用换焊条；由于MAG熔化极气体保护焊的热量集中，具有热影响区窄、变形小、成形美观、质量好、焊接速度快、焊接效率高等优点。

Description

耐热钢筒型机壳的焊接工艺

技术领域

本发明涉及装备制造业中的焊接工艺，是BCL（垂直剖分）筒型离心压缩机焊接机壳的焊接专业技术，具体地说，是铬钼耐热钢20CrMo材料的离心压缩机筒型机壳的焊接工艺。

背景技术

筒型压缩机的压力比较高，在石油化工、煤化工、炼油等领域中广泛应用，循环氢、合成气、甲醇循环气、二氧化碳压缩机、空气分离气等压缩机组都采用了耐热铬钼钢。为满足市场的需要，保证压缩机压力和强度的需要，筒型压缩机的机壳材质采用了20CrMo耐热钢材料，为保证筒型压缩机的焊接机壳焊接成功，有待于对焊接工艺进行开发和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铬钼（20CrMo）耐热钢筒型机壳的焊接工艺，解决焊接变形、焊接效率等问题，通过选择与焊接机壳材质的化学成份相近、强度匹配的MAG气体保护焊的焊接材料，可以保证焊缝强度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的焊接工艺是：采用气体保护焊，焊接20CrMo耐热钢筒型机壳；所采用的焊丝牌号：CHW-55B2；焊丝直径：φ1.2mm；电源极性：直流反接；包括焊前处理、焊接过程以及焊后处理，其中焊接过程工艺参数为：

焊接电流150～230A；焊接电压：25～30V；保护气体：按体积百分比，80%Ar和20% CO₂的混合气体；焊接速度：100～200 mm/min；干伸长：10～15mm；气体流量：20～25L/min。

其中：按重量百分比计，焊丝CHW-55B2的化学成分如下：C≤0.15；Si0.30～0.90；Mn1.00～1.50；Cr1.00～1.60；Ni≤0.20；Mo0.40～0.65；Cu≤0.50；S≤0.025；P≤0.025。

气体保护焊适用于焊接机壳的全过程。

气体保护焊的焊前进行如下处理：

1）清理焊件坡口及距坡口两侧30～50mm两侧范围内的污物；

2）焊接时将机壳进炉预热250～300℃，保温2小时，保证预热温度均匀；

3) 每个支腿焊接前钻φ4mm通气孔，焊接时做排气用；

4）气体保护焊的焊接过程中，层间温度控制在100℃范围内，焊接线能量控制在20～25kJ/cm，每层焊接厚度在2～3mm范围内；

气体保护焊的焊后进行如下处理：

1）焊接收尾时，填满弧坑；

2）焊后立即进炉消除焊接应力，炉温不低于300℃时进炉，达到620℃±10℃，保温时间按照每25mm有效厚度1小时计算，保温6～7小时，300℃出炉空冷。

筒型机壳采取如下焊接顺序：

（1）拼装筒体上的进口法兰、出口法兰、支腿、导向键；

（2）整体进炉预热250～300℃，保温2小时，温度均匀；

（3）焊接电流150～230A；焊接电压：25～30V；保护气体：按体积百分比，80%Ar和20% CO₂的混合气体；焊接速度：100～200 mm/min；干伸长：10～15mm；气体流量：15～20L/min。

（4）焊后修磨、检查，筒体上进口法兰、出口法兰超声波探伤检查，支腿、导向键着色检查；

（5）整型；

（6）热处理消应力。

本发明的优点与积极效果为：

1．本发明MAG焊是熔化极气体保护焊的一种焊接方法，气体保护焊的焊丝不用烘干处理，焊接过程中焊丝自动送给、不用换焊条；由于MAG熔化极气体保护焊的热量集中，具有热影响区窄、变形小、成形美观、质量好、成本低、焊接速度快、焊接效率高等优点，焊接效率是手工电弧焊的5～6倍；而且，焊后不需清渣、打药皮，熔敷率高；根据车间生产实际情况，焊接耐热钢20CrMo筒型机壳，最理想的焊接方法是MAG气体保护焊，采用MAG气体保护焊，不仅可以解决焊接变形、焊接效率等问题，同时可大大缩短机壳的焊接周期，保证了离心压缩机的交货期。

2．本发明焊接耐热钢20CrMo筒型机壳成功，可以满足市场、用户的需求，开发解决铬钼耐热钢焊接材料是实施MAG焊接方法的关键，将MAG焊应用于焊接机壳的全过程，不仅保证了焊接质量、同时缩短了焊接周期，不仅拓宽了风机市场、同时给社会带了巨大的效益。

附图说明

图1为本发明筒型机壳的示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的B向视图；

图4为图1的C向视图；

图5为图1的D向视图；

图6为图1中I部的局部放大图；

其中：1为筒体，2为进口法兰，3为出口法兰，4为支腿，5为导向键。

具体实施方式

下面结合实施的实例对本发明作出进一步的详细说明。

1．筒型机壳的结构设计

压缩机的筒型机壳由筒体1、进口法兰2、出口法兰3、支腿4及导向键5组成，其中进口法兰2、出口法兰3、支腿4及导向键5分别焊接在筒体1上，如图1～5所示。

2．钢材和焊材的化学成分及热处理和机械性能

20CrMo钢的化学成分及机械性能见表1、表2。

焊丝的化学成分及熔覆金属机械性能见表3、表4。

3．20CrMo耐热钢的焊接特点

20CrMo钢是以Cr—Mo为基的低合金珠光体耐热钢，是电站设备、石油化工等部门应用于高温条件下的重要结构材料。该材料一般可用于600℃以下，它具有很好的抗氧化性及热强性，热强度较高，淬透性较好，具有较满意工艺性能，无回火脆性，冷变形塑性、可加工性及焊接性均良好，一般在调质或渗碳淬火状态下使用。

20CrMo钢焊接时主要问题是近缝区的硬化和冷裂纹，热影响区软化，以及焊后热处理或高温长期使用中还出现再热裂纹等问题。当焊缝含碳量偏高或焊接材料选择不当时，也可能产生热裂纹。为了避免淬硬和冷裂纹，焊前应预热250～300℃，并在焊接过程中保持预热温度。在寒冷季节焊接时预热温度应适当提高。焊接较厚的焊件预热温度也要适当提高，焊后保温缓冷，焊后进行热处理，以改善焊缝金属组织，消除焊接应力。

4．焊接工艺参数

熔化极气体保护焊（MAG）焊接工艺参数，MAG熔化极气体保护焊应用于筒型机壳焊接的全过程。

焊丝牌号：CHW55—B2；焊丝直径：φ1.2mm；电源极性：直流反接；焊接电流：150～230（A）；焊接电压：25～30（V）；气体保护：80%Ar+20% CO₂（体积百分比）；焊接速度：100～200mm/min；干伸长：10～15mm；气体流量：20～25L/min。

5．筒型机壳的焊接顺序

合理的焊接顺序对控制焊后变形，减少焊接应力，使应力合理分布，保证筒型压缩机运转的可靠性、安全性都是非常必要的。焊接机壳采取如下焊接顺序：

（1）       拼装筒体1（一个）与进口法兰2（两个）、出口法兰3（两个）；

（2）       拼装支腿4（四个）；

（3）       拼装导向键5（两个），进行预热、焊接；

焊后经过整型、检查合格后进行消应力处理；

以温升速度为≤50℃/小时，炉温不低于300℃时进炉，达到620℃±10℃保温6～7小时缓冷，冷却速度为≤50℃/小时，300℃出炉空冷。

6．焊接工艺要点

（1）筒壳在焊接前，要认真清理坡口及距坡口两侧30～50mm两侧范围内的油、锈等污物；

（2）预热温度均匀，随着季节变化，预热温度适当调整；

（3）焊接过程中，必须控制层间温度，层间温度控制在100～150℃范围之内；

（4）为防止焊接接头处晶粒粗大，塑韧性下降，焊接线能量控制在25kJ/cm以下，尽量采用多层多道焊，焊道要薄，利用后一道对前一道的回火处理作用以细化晶粒，同时可消除前一道焊缝的部分缺陷，每层焊接厚度在2～3mm范围内；

（5）进风口、出风口与筒体焊接坡口角度为20°，坡口底部R10，钝边2mm，间隙5mm，坡口形式如图6所示，焊接时要单面焊双面成型，保证探伤合格；

（6）焊接收尾时，注意必须填满弧坑，避免弧坑裂纹；

（7）焊后修磨焊缝达R20，要求圆弧过渡，减小焊接应力；

（8）焊后尽快进炉消除焊接应力。

7．检验

筒壳各部件焊接后进行外观检查，在外观质量检验合格的基础上进行射超声波探伤、渗透检查。

（1）筒体与进口法兰、出口法兰的焊接，焊缝进行100%超声波探伤，焊缝质量应符合JB4730.3Ⅰ级。

（2）筒体与支腿、导向键的焊接，焊缝均进行100%渗透检测，焊缝质量应符合JB/T 4730.5Ⅰ级。

 8．焊接工艺评定

（1） 气体保护焊（MAG）采用CHW55—B2，φ1.2mm焊丝，试件板厚16mm的双面X形60°坡口，筒壳焊接全过程靠MAG气体保护焊来完成。

试板焊后经过X光射线探伤，按JB4730—94标准评定，符合Ⅱ级标准，焊接材料的力学性能，拉伸试验按GB/228；弯曲按GB/T232；冲击按GB2106标准评定，完全符合国家标准。耐热钢焊接材料工艺评定机械性能试验结果见表5。

9．焊接应用

利用上述焊接工艺，采用MAG气体保护焊，可一次焊接成功。

Claims (6)

1.一种耐热钢筒型机壳的焊接工艺，其特征在于：采用气体保护焊，焊接20CrMo耐热钢筒型机壳；所采用的焊丝牌号：CHW-55B2；焊丝直径：φ1.2mm；电源极性：直流反接；包括焊前处理、焊接过程以及焊后处理，其中焊接过程工艺参数为：

焊接电流150～230A；焊接电压：25～30V；保护气体：按体积百分比，80%Ar和20% CO₂的混合气体；焊接速度：100～200 mm/min；干伸长：10～15mm；气体流量：20～25L/min。

2.按照权利要求1所述耐热钢筒型机壳的焊接工艺，其特征在于：按重量百分比计，焊丝CHW-55B2的化学成分如下：C≤0.15；Si0.30～0.90；Mn1.00～1.50；Cr1.00～1.60；Ni≤0.20；Mo0.40～0.65；Cu≤0.50；S≤0.025；P≤0.025。

3.按照权利要求1所述耐热钢筒型机壳的焊接工艺，其特征在于：气体保护焊适用于焊接机壳的全过程。

4.按照权利要求1所述耐热钢筒型机壳的焊接工艺，其特征在于：

气体保护焊的焊前进行如下处理：

1）清理焊件坡口及距坡口两侧30～50mm两侧范围内的污物；

2）焊接时将机壳进炉预热250～300℃，保温2小时，保证预热温度均匀；

3) 每个支腿焊接前钻φ4mm通气孔，焊接时做排气用；

4）气体保护焊的焊接过程中，层间温度控制在100℃范围内，焊接线能量控制在20～25kJ/cm，每层焊接厚度在2～3mm范围内；

气体保护焊的焊后进行如下处理：

1）焊接收尾时，填满弧坑；

2）焊后立即进炉消除焊接应力，炉温不低于300℃时进炉，达到620℃±10℃，保温时间按照每25mm有效厚度1小时计算，保温6～7小时，300℃出炉空冷。

5.按照权利要求1所述耐热钢筒型机壳的焊接工艺，其特征在于：筒型机壳采取如下焊接顺序：

（1）拼装筒体上的进口法兰、出口法兰、支腿、导向键；

（2）整体进炉预热250～300℃，保温2小时，温度均匀；

（3）焊接电流150～230A；焊接电压：25～30V；保护气体：按体积百分比，80%Ar和20% CO₂的混合气体；焊接速度：100～200 mm/min；干伸长：10～15mm；气体流量：15～20L/min。

6.（4）焊后修磨、检查，筒体上进口法兰、出口法兰超声波探伤检查，支腿、导向键着色检查；

（5）整型；

（6）热处理消应力。

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