高強度材料在離心通風機中的應用
來源： | 責任編輯：admin | 發布時間： 2018-05-22
摘要: 介紹了多種高強度合金鋼材料的性能特點，以及它們在風機設計、制造中必須注意的事項，闡述了所編制的可靠的焊接工藝，滿足了風機輸送特種介質材料的要求及運轉可靠性要求。
關鍵詞：離心式通風機;高強度合金鋼; 工藝措施
中圖分類號：TG135+ .1 文獻標識碼：B
The Application of High-strength Material in Centrifugal Fan
Abstract: This paper introduced the performance characteristic of several kinds of high-strength alloy steel material and the attentions should be paid when they are used in the design and manufacture of fan. The drafted reliable welding technology is specified, which meets the requirements of pumping special media material and running reliability.
Key words: centrifugal fan; high-strength alloy steel ; technology measure
0 引言
隨著我國工業化進程的加快，特別是大型工業風機在電力、冶金、石化、建材、造紙、制藥等行業的應用越來越廣泛，風機所輸送的介質種類眾多，介質的特殊性越來越復雜，如高溫、高含塵量、腐蝕性等，這些工況條件對風機運行的穩定性、安全性，提出了更高的要求。近年來，我公司制造了上百臺該類大型風機，在風機核心部件葉輪的設計制造上，采用了多種牌號的高強度合金鋼材料，如HALDOX400、WELDOX700、WELDOX900、HQ785等，有效地解決了風機運行的可靠性問題，得到了用戶的廣泛好評。本文就這些材料在風機中應用需注意的幾個問題進行論述。
1 高強度合金材料的特性
HALDOX400、WELDOX700、WELDOX900是瑞典SSAB公司生產的 Oxelosund 牌低合金高強度合金鋼，HQ785由鞍山鋼鐵公司生產，其化學成分見表1，力學性能見表2[1-2]。
碳素鋼中決定強度和可焊性的因素主要是含碳量，合金鋼(主要是低合金鋼)除碳以外各種合金元素對鋼材的強度與可焊性也起了重要作用。為了便于評價這些材料的強度性能和焊接性能，通常將鋼鐵中各種合金元素折算成碳的含量，統一用碳當量來表示。碳當量[3]可用下式計算：
Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cr/5+Cu/15+Mo/5+V/5 (1)
計算可得：HALDOX400 Ceq=0.45%;WELDOX700 Ceq=0.39% ;
WELDOX900 Ceq=0.55% ; HQ785 Ceq=0.52% 。
從以上數據可看出，HALDOX400、WELDOX700、WELDOX900、HQ785均為高強度 合金鋼。由于它們的碳當量大部分大于0.45%，在焊接時材料的淬硬傾向性大，容易產生冷裂紋。因此，必須采取特殊的焊接工藝措施，方能保證這類材料的安全使用。
2 焊接材料的選擇及工藝評定
為了保證高強度材料的安全使用，充分發揮這類材料的高硬度、高強度、高韌性等優良性能，在焊接之前必須采取預熱措施，焊后保溫緩冷，并進行必要的焊接消應力處理。根據此類材料的化學成分和機械性能特點，選擇強度等級低于母材而沖擊韌性高于母材的焊接材料[4] ，實現焊縫組織具有韌性大、延伸性好、產生裂紋傾向性小等特點的目的。首先將試板采取對接平焊，坡口為Y型，采用J707堿性焊條電弧焊打底，再用JQ·YJ501-1藥芯焊絲CO2 保護焊，進行多層多道焊覆蓋。焊接工藝參數見表3，焊接時采用小電流焊接并控制焊接層間溫度不超過200℃。
對試板進行無損檢測后，按照GB/T2651-2008《焊接接頭拉伸試驗方法》規定程序進行拉伸試驗;按照GB/T2653-2008《焊接接頭彎曲試驗方法》規定程序進行彎曲試驗;按照GB/T2650-2008《焊接接頭沖擊試驗方法》規定程序進行沖擊試驗(結果見表4)。試驗結果表明接頭性能符合JB4708-2000的規定。
對焊接試板進行打磨拋光再用4%硝酸酒精腐蝕，其金相組織分析表明：在焊縫區組織為塊狀先共析鐵素體+粒狀貝氏體+少量珠光體，晶粒較細，具有良好的韌性和延伸性(見圖1);熔合區熔合線明顯，左側為母材熱影響區，右側為焊縫柱狀晶，化學成分及組織存在不均勻性，局部晶界有少量黑色淬火屈氏體存在，有引發裂紋的傾向(見圖2);在熱影響區組織為塊狀鐵素體+團狀珠光體(見圖3);母材基體為回火索氏體，組織均勻(見圖4)。
3 工藝措施
HALDOX400、WELDOX700、WELDOX900、HQ785等高強度合金鋼材料已在鋼廠煤氣風機，水泥廠高溫風機等多個項目的葉輪制作中應用。首先根據葉輪的強度設計要求計算出材料厚度;然后按照工藝規程完成焊接及焊后消應力處理，具體操作步驟如下。
(1)焊接前采取嚴格的預熱措施，可采用繩狀式加熱器確保工件的預熱溫度。
(2)焊接件在焊接前需仔細清理坡口及周圍的油污、銹斑等污物。
(3)將焊條進行350℃的烘干處理，并保溫1~2h，隨烘隨用，隨用隨取。
(4)焊接過程中嚴格控制焊道、層間溫度。
(5)葉片與前、后盤的焊接采取對稱焊接，控制變形。
(6)焊后采取保溫緩冷措施，防止冷卻過快產生冷裂紋。
(7)焊后進行消應力處理。根據試驗結果， HALDOX400 材料若采用退火 消應力處理，材料的強度下降幅度達到 30%~40% ，因此應采用振動時效消應力處理。
而WELDOX及HQ785材料可采用退火 去應力處理，其工藝見圖5。葉輪出爐空冷后，強度幾乎不降，有時還略有上升，原因是工件在退火前存在于組織中的部分不穩定相如 淬火屈氏體等在退火過程中得以轉化為穩定相。
(8) 檢驗。葉輪各組件焊接后按照GB/T10213-2000《通風機焊接質量檢驗技術條件》規定，進行外觀質量檢驗。在合格的基礎上再進行全焊縫的滲透檢查，需均符合JB4730-2000Ⅱ級標準，然后在48h后再進行局部檢查，沒有發現裂紋及其它危害性缺陷即為合格。
4 結論
(1)ALDOX400、WELDOX700、WELDOX900、HQ785等高強度合金鋼材料在風機輸送特殊介質如高溫、高含塵量等情況下應用，能有效延地長風機葉輪的使用壽命，提高風機運行的穩定性和安全性。
(2) 這類高強度合金鋼材料在焊接時，可選用強度等級低于母材而沖擊韌性高于母材的堿性焊條如J707進行電弧焊打底，再用JQ·YJ501-1藥芯焊絲CO2保護焊，進行多層多道焊覆蓋，其焊縫的力學性能能滿足設計要求。
(3) 這類高強度合金鋼材料在焊接時必須嚴格執行焊接工藝規程，焊前要預熱，焊后要保溫緩冷，焊接時要注意控制焊道、層間溫度及焊接順序，避免焊接變形，焊后需要進行消應力處理。
