15CrMoR钢厚壁压力容器焊接工艺研究

摘要

厚壁压力容器多数在高温高压下运行，必须承受较高负荷。因此，要求压力容器的焊缝金属和热影响区必须具有较高的强度、足够高的冲击韧性和很高的耐热性，并且保证焊接接头无裂纹、夹渣等缺陷。本课题研究的压力容器为中变废锅，其母材为15CrMoR钢。因此，如何解决15CrMoR钢焊后裂纹问题，获得强度高、塑性、韧性好的优质15CrMoR钢焊接接头，就成为压力容器制造生产过程中决定总体设计中必须解决的关键技术问题。 本论文通过对15CrMoR钢的焊接裂纹敏感性计算、裂纹敏感机理分析以及工艺焊接性分析，结合生产实际情况，确定了研究目标，以手工电弧焊方法作为重点研究内容。采用ANSYS对15CrMoR钢温度场和应力场进行动态焊接模拟，建立的基于 ANSYS 软件温度场、应力场的有限元分析模型，分析了不同时刻温度场分布，应力场中的残余应力的变化，这为中厚板多道焊不同焊接参数的选择提供了参考依据。 在焊接工艺设计中，我们采用不同的预热温度、焊接电流以及焊接速度进行焊接，对焊缝进行X射线探伤，机械性能试验，达到中变废锅的要求。在对金相组织分析，焊缝组织形态为细小的柱状晶，焊缝和热影响区组织均为柱状晶铁素体+粒状贝氏体+低碳马氏体。通过正交试验方法优选出最终的产品焊接生产工艺。研究结果表明: 15CrMoR钢在焊前预热温度为150～180℃,层间温度为150～200℃，焊接电压为22～26V，焊接电流为220～240A,焊接速度为16～18ｃｍ/min，焊后消氢处理温度为250℃，保温1h，热处理温度680±10℃，保温1h，得到的焊接接头抗拉强度为560Mpa，热影响区常温(20℃)冲击韧性为82J，完全可以满足本课题中中变废锅的技术参数要求。 通过本研究分析，焊接热输入对焊缝组织和接头性能有重要影响，随着热输入的增加，焊接热影响区脆化软化现象严重。在多层多道焊中，通过调整热输入控制接头冷却速度可以有效改善热影响区的脆化和软化现象，提高接头的强韧性，满足了产品的设计制造要求。 本文中15CrMoR钢手工电弧焊的焊接工艺已用于产品焊接生产，焊接质量达到了相应罐体的焊接质量要求。因此，本论文对15CrMoR钢的焊接性研究和试验分析结果具有一定的理论研究价值和较高的工程应用价值。