【摘要】本文以厚大联箱的437接头的焊接与返修为例，总结一些珠光体耐热钢焊接的经验，返修过程中的注意事项。厚大的珠光体耐热钢的焊接，其预热温度高，填充金属多，劳动强度大。联箱与管子的437接头焊接位置多样，对操作人的技术要求较高，一直以来都有一定的焊接难度。
关键词：联箱437接头；焊接；返修
联箱的设计压力为22.75MPa，联箱材质为SA369-P22，规格为577.85mmOD×127mmMW；管子的材质为SA213T22，规格为57.15mmOD×15.62mmMW。二者都属于珠光体耐热钢，共有三套，每套900个焊接接头。联箱437接头形式如图1所示。
联箱与管子第一套焊接，热处理完成后，10%PT随机抽查联箱与管子的焊缝时，个别焊缝表面有线性显示，对线性显示打磨去除过程中，发现其为延伸到焊缝表面的裂纹(见图2)。此类产品公司已经做过很多，但从未发现过此现象，因此引起了公司的高度重视。焊接部门对此缺陷进行分析，并提出行之有效的返修方案。
图1 437接头形式
（1）缺陷分布：为了保证此类缺陷100%的被发现及去除，经讨论决定暂停焊接第二套和第三套。现场攻关，对此焊缝进行100%UT检查，对发现问题的焊缝打磨去除缺陷，并MT确认100%去除缺陷。通过对900个焊接接头检查后，共发现有可能存在缺陷的焊缝90个，其中裂纹58个，夹渣23个，打磨后未见缺陷的有9个。此437接头共有12名焊工完成，其缺陷分布如表1所示。
图2 裂纹
此联箱共有六段组成，其缺陷分布如表2所示。
缺陷的分布还存在一个规律：每名焊工的缺陷往往发生在一个班次集中出现。不同焊工出现缺陷的位置不同，但每名焊工出现缺陷的位置大体相同。
（2）母材和填充材料 第一，联箱SA369-P22（为美国ASME规范收录的材料）其力学性能及化学成分如表3所示。
第二，管子SA213-T22（美国ASME规范收录的材料）其力学性能及化学成分如表4所示。
第三，填充材料为(3.2mm)，验收标准为ASME ⅡC篇SFA5.5，其化学成分及力学性能如表5所示。
（3）工艺分析 ①预热：≥200℃，采用电加热的方式对联箱整体预热，一直保持到整个联箱焊接结束，整个过程有热电偶测温。②层间温度：≤315℃，预热及层间温度在热电偶监控的同时采用测温笔辅助测温，防止局部温度超出的区间。③焊接参数：焊接电流为100～140A，电弧电压为22～27V。④焊条经370～420℃烘干2h后，120～180℃保温，焊工领用后放在最低温度120℃的保温桶内，并随用随取。⑤焊后进行200～315℃保温2h的消氢后热处理。
此工艺已应用于大量的类似产品上，均未出现过问题。
（4）分析结果 ①母材与填充材料都符合规范要求。②联箱1601与1605-2最先开始焊接，出现缺陷较多，说明手法还有些生疏。③每个人的缺陷位置大致在同一个位置以及缺陷的集中出现，说明焊工的操作手法存在一定问题。④焊接环境恶劣(广东炎热天气＋预热温度高），使得工人思想上有些疏忽。⑤管子较厚，焊接应力大。
表1 各个焊工的缺陷统计
钢印号焊接总个数/个怀疑有问题数量/个裂纹数量/个夹渣数量/个未见缺陷数量/个裂纹缺陷率（%）QV 101 34 20 10 4 19.8 JO 139 11 9 2 0 6.5 NP 32 4 2 1 1 6.3 HA 10 2 1 1 0 10 NJ 219 16 9 5 2 4.1 PL 43 7 6 1 0 14 CL 82 3 2 0 1 2.4 LN 107 4 3 1 0 2.8 LG 146 7 4 2 1 2.7 HU 5 0 0 0 0 0 BW 11 2 2 0 0 18.2 LT 5 0 0 0 0 0总计900 90 58 23 9 6.4
表2 缺陷在各联箱上的分布
联箱标记接头总数/个裂纹数量/个夹渣数量/个裂纹缺陷率（%）1601 180 28 9 15.5 1602 180 9 4 5 1603 180 3 2 1.7 1604 180 4 1 2.2 1605-1 90 2 3 2.2 1605-2 90 12 4 13.3
表3 联箱化学成分及力学性能
抗拉强度/MPa伸长率（%）C Mn S P Si Cr Mo化学成分（质量分数，%）屈服强度/MPa规范要求0.05～0.15 0.30～0.60 0.025 0.025 0.50 1.90～2.60 0.87～1.13 415 210 20材质单0.14 0.53 0.010 0.013 0.28 2.41 1.05 540 300 27.8公司验收—0.561——2.47 1.08客户来料，不做复验
表4 管子的化学成分及力学性能
伸长率（%）C Mn S P Si Cr Mo化学成分（质量分数，%）屈服强度/MPa抗拉强度/MPa规范要求0.05～0.15 0.30～0.60 0.025 0.025 0.50 1.90～2.60 0.87～1.13 415 275 20材质单0.093 0.415 0.013 0.020 0.25 2.123 0.929 500 315 46.9公司验收—0.423——2.48 1.08客户来料，不做复验
（1）打磨过程中未伤及母材(短管或联箱)或伤及母材(短管或联箱)，但母材的剩余壁厚≥3mm的，使用原来的焊接工艺直接补焊。
（2）打磨过程中伤及母材(短管或联箱)，最小壁厚＜3mm，但母材未焊穿的，为防止手工补焊过程中焊穿，首先使用手工氩弧焊补焊母材，当修补至母材厚度≥3mm时，再使用原来的焊接工艺修补焊缝。氩弧焊时背部通氩气，以防止背部的高温氧化。焊后100%检测并确认管子内部无焊瘤。氩弧焊焊接参数如表6所示。
（3）联箱/管子打磨穿透的。打磨除去焊缝，去除短管，使用相同材质、规格的短管代替。按图样要求，重新加工联箱及管子的坡口，然后采用原来的工艺焊接焊缝。氩弧焊焊接参数如表7所示。
（1) 首先对不同的焊工在不同位置的缺陷进行操作手法分析，针对不同的问题做特殊的培训。
（2) 保证预热及层间温度。
（3) 焊接前将去除缺陷的地方修磨到适合焊接的圆滑过渡。
（4) 错开所有的起弧点和熄弧点，用砂轮机打磨去所有可见缺陷。收弧处要饱满，以免形成收弧裂纹。打磨起弧点和收弧点，以确保接头处平滑过渡。不得在起弧处形成焊瘤，以免此处形成未熔合。
（5) 为了控制热输入量及防止夹渣，每一层的填充厚度≤5mm，焊道宽度不得超过焊条直径（包括药皮）的3倍。每焊一道之前，要清干净所有的焊渣。
表5 填充材料的化学成分及力学性能
表6 焊接参数
焊层焊丝规格f/mm电流极性焊接电流/A电弧电压/V气体流量/L∙min-11 ER90S－B3 2.4直流正接70～100 11～17 7～13
表7 焊接参数
（6) 对于每个焊接接头，需要一次性焊完，除了必要的更换焊条及控制层间温度外，不允许中断焊接。
（7)管子定位焊时，不得借助外力强力装配，以减少接头的应力。
（8)对于更换管子的焊接时，为了保证坡口根部熔合良好，根部焊道焊接时小摆动，管子的两边要对称施焊，不允许一边填充明显高于另一边。
经过特殊的焊接培训和有针对性的特殊要求，返修的90个焊缝经热处理后，对其进行100%UT检查，其中有四个有缺陷，合格率为95.6%。对有缺陷的4个焊缝按照上述工艺进行返修，局部热处理后UT检测结果为100%合格。第二套和第三套按上述焊接工艺焊接热处理后，100%UT检测，第二套合格率为98.2%，第三套合格率为98.6%。经过41.63MPa(1.5倍设计压力)水压试验，没有漏水或渗水的现象。经过这个项目的返修，积累了P22/T22材料的焊接经验，也提高了焊工的操作技能。
作者简介：孙景南、吴斌，中车南京浦镇车辆有限公司；侯鑫、赵宏宇，中车广东轨道交通车辆有限公司。
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