摘要：对超高压容器用钢焊接性的研究对于发现和解决超高压容器用钢焊接时需要注意的问题有积极意义。本文以H08MnMoA作为焊丝、SJ101作为焊剂、使用埋弧自动焊实现了SA299钢的焊接，得到无缺陷的焊接接头。对接头进行微观组织观察、拉伸试验和硬度测试，并分析了接头的组织和性能的关系。结果表明：SA299钢焊接接头的微观组织与低碳钢接头组织相似；接头不存在焊接缺陷且机械性能符合ASME标准的规定，SA299钢材的焊接性良好；焊接热输入量对接头的组织及其性能都具有很大的影响，生产中应该注意控制焊接参数，以免热输入过大对接头性能造成不利的影响。
关键词：SA299钢；微观组织；机械性能；焊接性
试验过程
1试验材料
试验中使用的焊接试样是SA299压力容器用钢，试验材料为两块116mm×150mm×1200mm尺寸的SA299钢板。美国牌号SA299高压容器钢一般用在工作温度不超过400℃的各种焊接件上。屈服强度275σs/MPa，抗拉强度515~655σb/MPa，硬度160~180HV，延伸率≥19%δ%。
根据GB/T 5293-1999“埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂”和NB/T 47018-2011“承压设备用焊接材料技术条件”的要求，试验选用的焊丝为直径5mm的H08MnMoA，试验选用的焊剂为SJ101，SJ101是氟碱型烧结焊
2.试验方法
采用多道埋弧焊的方法来实现厚板的对接。根据国家标准（GB/T 985—1988和GB/T 986—1988），通过综合考虑试验采用U形加V形双面坡口，坡口使用刨边机进行加工。
焊剂严格按照其使用说明进行清洁和烘干处理，焊丝除尽油、锈、水等污物。试样焊前在150℃进行预热，层间温度控制在150℃~300℃之间。在350℃进行2~6小时的消氢处理。
对116mm厚SA299板进行总共焊接54层的埋弧焊接，其中正面U形坡口总共焊接38层，背面V形坡口总共焊接16层，试验采用射线探伤对焊件进行检验。
2.1拉伸试验
对焊接接头进行室温拉伸试验。分别在试样垂直于焊接方向界面上部、上中部、中部、下中部和下部区域截取拉伸试样，同一位置在焊接方向上截取不同的三个试样作为平行试样，共15个拉伸试样。拉伸试样加工按NB/T 47016-2011“承压设备产品焊接试件的力学性能检验” 标准进行。
2.2金相试验
于接头的横截面用线切割分别截取上、中、下三个50×10×15mm尺寸的试样用于观察接头形貌，用4%硝酸酒精溶液腐蚀试样。观察腐蚀后的焊缝微观组织，研究工艺参数对接头组织的影响。
2.3硬度试验
试验使用HVS-1000型显微硬度计测量垂直于接头方向横截面焊缝上中下三个区域的显微硬度。测量时横跨焊缝依次测量数点，测量点的间距为0.5mm，加载载荷为300g，加载时间为10s。
3 试验分析
3.1无损检验结果分析
检测按JB/T 4730.2—2005“承压设备无损检测—射线检测”进行。一次合格率100%，不需要返修，探伤结果未发现气孔、夹渣、未焊透、裂纹和未熔合等缺陷，试验接头焊缝质量符合Ⅱ级要求，焊缝合格。
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3.2 焊缝各区域显微组织
对接头三个位置的焊缝熔合区区、热影响区以及母材分别进行微观组织观察焊后母材在焊缝的上、中、下三个位置未发生明显组织变化，仍为铁素体+珠光体组织。焊缝显微组织与母材相比具有相同的物相组成，各区域受热过程的不同，熔合区、热影响区和母材中铁素体相和珠光体相的含量不尽相同。
3.3焊缝拉伸性能分析
对所有15个拉伸标准试样进行拉伸试验，分别分析接头厚度方向上的上部、上中部、中部、下中部和下部共5个不同区域的焊缝力学性能。
上部平均抗拉强度568.3MPa，上中部平均抗拉强度588.3MPa，中部平均抗拉强度633.3MPa，下中部平均抗拉强度583.3MPa，下部平均抗拉强度615MPa。母材的抗拉强度要求在515MPa~655MPa之间，符合ASME标准中抗拉强度的规定。
3.4硬度试验结果分析
对接头的上部区域、中部区域和下部区域进行显微硬度测量，得到焊缝的显微硬度的变化规律。
接头下部区域的硬度总体比较平均，接头下部区域的最小硬度为148.3HV，最大硬度为204HV。最小硬度出现在母材区域，最大区域出现在熔合线附近且偏向热影响区，。接头中部区域的硬度总体比较均匀，在熔合线附近出现了一段硬度值较大的分布，接头中部区域最小硬度为161HV，最大硬度值为201.9HV。中部区域的硬度分布情况和下部区域的分布情况相类似。接头上部区域的硬度分布总体比较平均。接头上部区域最小硬度值为144.5HV，最大硬度值为187.2HV。最大硬度值的分布和最小硬度值的分布位置比较接近，都出现在焊缝区域中。接头自上而下焊缝各区域的显微硬度值是依次增加的，分析原因可能是因为焊接参数的不同导致不同的热输入，进而造成各区域显微组织的不同造成的。
4结论
对116mm厚的SA299超高压力容器用钢进行了埋弧焊接，并对焊接接接头组织及力学性能进行分析，得出以下结论：
（1）在本文实验工艺条件下可实现SA299钢的埋弧对接焊，得到无缺陷的焊接接头，接头无损检验等级满足Ⅱ级要求。
（2）接头各区域的微观组织、拉伸性能和显微硬度等都与焊接参数关系密切。较小的焊接电压、焊接电流和较大的焊接速度有利于减小焊接过程中的热输入量，得到的焊缝组织更加细密，对应区域的焊缝拉伸强度和塑性越高。由于各区域焊接参数的不同，所得到的焊缝各区域硬度不同。
（3）接头不存在明显的焊接缺陷且抗拉强度、屈服强度和延伸率符合ASME标准的规定，SA299钢材的焊接性良好。
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论文作者:李博文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/7/18
标签：硬度论文; 试样论文; 区域论文; 抗拉强度论文; 组织论文; 微观论文; 容器论文; 《基层建设》2018年第17期论文;