12Cr2Mo1V钢凸台附加填充丝埋弧堆焊工艺研究的学习体会

文献概况与工程背景

本文由王雪骄等发表于2024年《压力容器》第41卷第4期，研究背景是加氢反应器壳体凸台的制造。加氢反应器是石油化工、煤化工装置中的核心压力容器，其壳体凸台（Boss）部位承受高应力集中，通常采用12Cr2Mo1V钢整体锻造或焊接制造。传统单丝埋弧焊（SAW）堆焊凸台本体时，熔敷速率低、制造周期长，难以满足大型加氢反应器快速建造的需求。本文创新性地采用附加填充丝埋弧焊（Additional Filler Wire Submerged Arc Welding）工艺，即两枪六丝配置，显著提高了堆焊效率。

工艺方案与技术要点

附加填充丝埋弧焊原理

附加填充丝埋弧焊是在常规埋弧焊基础上，在焊丝前方或后方增设一根或多根不导电的填充丝，通过电弧热作用将附加丝熔化并熔入熔池。该方法在不增加电弧功率的前提下，大幅提高了单位时间内的熔敷量，是大型厚壁容器制造中重要的效率提升手段。本文采用两枪六丝配置，即两台焊机各配备三根焊丝（一根导电焊丝加两根附加填充丝），实现高效率堆焊。

关键性能评定结果

文献中最令人关注的是工艺评定试验结果。12Cr2Mo1V钢属于中低合金耐热钢，其最大技术难点在于抗回火脆化性能。加氢反应器凸台在长期高温氢环境服役中，材料需经历多次焊接热循环和运行回火，若回火脆化倾向严重，将导致延性急剧下降，引发灾难性脆断。

本文试验结果表明，附加填充丝埋弧堆焊的堆焊层及热影响区在-30℃下的夏比冲击值均≥54J，完全满足母材要求。更为关键的是，抗回火脆化倾向评定试验结果满足ΔvTr54+3ΔvTr54≤0℃的要求，这意味着该焊接工艺不会恶化母材的回火脆化敏感性。这一结论对于推广附加填充丝埋弧焊在加氢反应器制造中的应用具有重要的工程意义。

与工程实践的结合

制造效率与质量平衡

在大型加氢反应器制造中，凸台堆焊往往占整个壳体焊接工时的相当比例。传统单丝埋弧焊效率低，一个大型反应器壳体可能需要数周时间完成凸台堆焊。采用附加填充丝埋弧焊后，效率提升200%~250%，意味着原本需要30天的工作可在10天以内完成，对缩短项目工期、降低制造成本具有显著价值。

工艺实施注意事项

在实际工程实施中，采用附加填充丝埋弧焊需注意以下要点：

1. 附加丝与导电丝的匹配：附加填充丝的材质应与导电焊丝一致，均为匹配12Cr2Mo1V钢的低合金焊丝（如SAF-4或对应国标焊丝），确保化学成分和力学性能的一致性。
2. 附加丝位置控制：附加丝应置于导电焊丝前方约5~15mm处，确保在导电丝电弧到达前附加丝已充分熔化，避免未熔合或夹渣缺陷。
3. 焊剂覆盖：附加填充丝区域需有充足的焊剂覆盖，防止空气侵入产生气孔。焊剂牌号应选用低氢型（如SJ-401或HJ431），并严格烘干。
4. 层间温度控制：12Cr2Mo1V钢堆焊层间温度建议控制在200~350℃，过高温度会促进回火脆化相析出。
5. 焊后热处理：堆焊完成后必须进行PWHT（Post Weld Heat Treatment），温度620~650℃，保温时间根据厚度确定，以消除残余应力并稳定组织。

个人思考与反思

本文的研究成果对于加氢反应器等高温高压容器的先进制造具有重要的推动意义。附加填充丝埋弧焊作为一种成熟的效率提升手段，在核电压力容器、石化加氢反应器等领域的应用前景广阔。然而，在实际推广中还需关注以下问题：一是多枪同时作业的焊接变形控制，两枪六丝配置的热输入是单丝的数倍，对厚壁凸台的角变形和波浪变形影响显著，需通过合理的焊接顺序和拘束条件加以控制；二是附加丝熔化不均匀导致的层间成分波动，需通过严格的工艺纪律保证附加丝的熔化率稳定。总体而言，本文为加氢反应器凸台的高效制造提供了经过工艺评定验证的可靠方案，是绿色制造理念在重型装备制造领域的具体体现。