材料16Mo3的焊接工艺

陈红霞 陈华 陈杰

1.前言

电解铝槽槽壳是工业铝提炼的电解熔槽，本项目电解铝槽槽壳主体面板材料为16Mo3，摇篮架及散热片等附件材料为Q235B。在对电解铝槽槽壳制作项目中存在的技术难点进行分析的基础上，制定了材料16Mo3的焊接工艺及现场施焊过程中的质量控制措施，解决了焊接难题，保证了整体焊接质量。

2.焊接难点分析

16Mo3材料属Cr-Mo系列的低合金耐热钢，是应用于高温条件下的重要材料，主要用于制造工作温度高于500℃的高温环境下，具有很好的抗氧化性、抗腐蚀性，高温强度的锅炉、压力容器等。其化学性能如表1所示，机械性能如表2所示：

分析电解铝槽槽壳焊接过程，存在以下几方面的技术难点：①材料16Mo3的碳当量（CEV）按CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15计算得0.52%，钢材淬硬倾向大，其冷作、焊接难度相当大，容易发生冷裂纹，出现近缝区硬化、热影响区软化，这是需解决的难题之一。②此外存在焊缝密集，焊接变形大，控制焊接变形，提高整体焊接工效是本项目施工过程的另一难题。

3.制作工艺

3.1切割工艺

16MO3是低合金钢，切割过程中可能出现淬硬裂纹，为防止火焰割边缘开裂，采取以以下措施加以控制：（1）采用半自动切割机或数控切割机下料，清除切口附近30-50mm的氧化皮等，控制氧气纯度不低于99.5%，否则切割速度明显降低，切割面粗糙，下缘粘附熔渣。（2）切割前对割缝预热，要求确保氧气、乙炔压力充足，采用集中供气是最佳方法，如果采用瓶装氧气，则可将多瓶氧气串联使用。（3）火焰切割后，切割面表面会形成硬化层，不利于焊接，因而下料及坡口切割后必须通过打磨的方法消除硬化层。

3.2拼装工艺

电解铝槽槽壳外形尺寸较大，呈无盖的盒状，侧板总成、端板总成上均布较多的散热片，摇篮架包围与底板、侧板总成外侧焊接，所有焊缝全部为连续焊接，焊缝密集，焊接变形大。为了减少焊接变形，将整体拼装焊接工艺，改为“先部件后总成”的组焊工艺，是指将各部件及总成先单独组焊成部件，校正后，再总装焊接。按此工艺，分成部件拼装焊接，易于获得较好的焊接位置，保证焊接质量，提高工效。部件前期已焊接并校正完成，后續整体焊接工作量控制在最少范围内，能最大限度地减少焊接变形。

3.3焊接工艺

3.3.1焊接方法

根据本项目结构特点及材料分析，选定CO2气体保护焊的方法，焊丝直径为1.2mm，16MO3焊接选用焊丝ER80S-G，16MO3与Q235B选用焊丝ER70S-G。

3.3.2焊前准备

（1）定位焊：需局部火焰预热，预热温度大于150℃，点焊焊点长约10mm，间隔约400mm，电流可比正常焊接时约大15%。（2）焊缝不准朝向风口，风速大于10m/s时，焊前必须有防风措施。

3.3.3焊接预热及后热处理

16MO3材料焊接时若冷却速度过快，易产生淬硬组织，层间脆性增大，会导致裂纹的产生。为了减慢焊接冷却速度，降低淬硬组织的产生和裂纹的出现，必须进行焊前预热和焊接后热处理。（1）焊接预热：16MO3材料焊前应预热，预热温度选为150～200℃，预热的加热区域应在焊道两侧，宽度应为施焊处焊件厚度的1.5倍以上，且不小于100mm。（2）焊接后热：焊后立即进行后热处理，方法是在焊缝两侧100mm范围内加热至250∽300℃，然后用50mm的保温棉覆盖，缓慢冷却至常温，保温时间不低于2小时。

3.3.4焊接参数及工工艺要求

（1）16MO3材料焊接参数选用见表3所示。

（2）16MO3钢在焊接工程中不允许中断热循环，保持焊接过程中的层间温度不得低于预热温度。（3）焊接过程应安排两名焊工同时对称焊接，保持同时、同速、同参数焊接，以有利于减少焊接变形。（4）采用多层多道焊接工艺，焊接过程应用砂轮、凿子及钢丝刷等工具清理焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等。所有焊接接头的起、收弧都不能在拐角处进行;所有焊缝接头需错位50mm以上。

4.项目制作效果

采用上述拼装及焊接方法进行电解铝槽槽壳的制作及焊接，对接焊缝UT检测，一次合格率达到97.2%，焊缝经PT检测，未发现焊缝表面裂纹、未熔合等缺陷，槽壳尺寸及焊缝质量一次通过业主的检查，满足项目制作的质量要求。

5.结论

16MO3材料虽然焊接难度较大，但通过采取严格的焊前预热，焊中控制道间温度，焊接后热等焊接工艺及相关的质量控制措施，能够有效保证焊缝质量，提高工效。