[发明专利]大直径薄壁T250钢压力容器真空电子束焊接制造方法

说明书

技术领域

本发明属于压力容器制造技术。

背景技术

马氏体时效钢(Maraging Steel)是由国际镍公司INCO研究和发展中心于1960年研制成功的一种高合金超高强度钢。与传统以碳形成金属间化合物沉淀达到硬化的高强度钢相异，马氏体时效钢打破了以碳作为主要强化元素的传统作法，而以Ni为主要合金元素形成柔韧的铁－镍马氏体基体，通过Co、Mo、Ti等强化合金元素在回火或时效时从过饱和固溶体(马氏体)中析出合金化合物作为第二相质点来实现强韧化，而碳成为强韧性的有害杂质元素。

70年代末至80年代初，由于全球Co资源严重短缺，价格急剧上升，开发无钴马氏体时效钢以降低成本才引起人们的重视。1980年，美国INCO公司成功开发出了具有实际应用价值的无钴马氏体时效钢VascoMax T-250，它的性能与18Ni9Co5Mo相当而不含Co，从而使材料成本大大降低，这为扩大该类材料在技术领域的应用创造了良好的发展机遇。在此基础之上，INCO公司相继开发出T-200，T-300两种牌号无钴马氏体时效钢。与18Ni马氏体时效钢相似，其牌号T代表主要强化元素为钛，200、250、300分别表示不同强度级别。

电子束焊接(Electron Beam Welding,EBW)是以真空中聚焦的高能密度(可达105～107W/cm2)电子束作为能量载体对材料和构件实现焊接的特种加工方法，具有焊接速度快，焊件热变形小，可焊接材料多，焊缝深宽比高、物理性能好、纯度高等特点，已被广泛应用于多个领域。

目前，国内用超高强度T250马氏体时效钢制造大直径及其以上压力容器筒体多采用旋压成型，旋压所需毛坯无缝钢管是通过穿管和锻造的方法加工的。

受到国内工艺技术水平限制，直径为压力容器筒体所需的旋压毛坯在国内无法通过穿管加工实现，只能采用锻造的方法，即自由锻和环轧锻。锻造成型的旋压毛坯壁厚均匀性、圆度、直线度、表面粗糙度很差，必须留很大的加工余量，经车外圆、镗内孔才能用于旋压，其材料利用率低、成本高、制造周期长。

旋压毛坯板材卷焊直缝焊接大多采用高频感应焊、氩弧焊或二氧化碳保护焊等常规焊方法，材料多为低碳钢、低碳合金结构钢。常规焊方法焊接变形较大，筒体尺寸精度较差，强度系数低，不能满足薄壁耐高压筒体旋压毛坯要求。

据报道介绍T250马氏体钢在国内已被应用到航空航天、汽车船舶等多个领域，但大多数都被用于结构件或其它部件使用。

东方机械厂使用该材料制造φ200mm左右压力容器筒体，在φ400mm/φ456mm压力容器筒体旋压毛坯领域并未涉足。

φ200mm左右压力容器筒体旋压毛坯采用成型管料旋压成型，在φ400mm/φ456mm压力容器筒体旋压毛坯采用t4mm/t5mm板材结合T250马氏体时效钢旋压毛坯板材卷焊直缝真空电子束焊工艺制造技术制造而成，两者使用材料规格不同，工艺路线不一致，产品性能有区别。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大直径薄壁T250钢压力容器真空电子束焊接制造方法，用T250马氏体时效钢旋压毛坯板材卷焊直缝真空电子束焊工艺技术制造薄壁耐高压筒体旋压毛坯，使该技术得到更广泛的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

a)对钢板进行化学成分和机械能复验；按筒体旋压毛坯直径和长度尺寸进行展开料计算，筒体按梯形法展开，预留2mm焊接收缩量在钢板上划线，用剪板机剪切下料，对接边预留20mm铣削量，铣两对接面到划线，精度控制在0.7mm~1mm范围内，滚卷成筒体；

b)将对接边20mm范围内打磨除锈，用航空汽油清洗打磨面；

c)沿对接缝从一端向另一端点焊，对接间隙控制不大于0.3mm，错位高度在0.2mm以内，点焊间距80mm～100mm，长度10mm～15mm；

d)将点焊后的筒体去磁，剩磁强度小于1×10^-4T；

e)将筒体装在压紧装置上，均匀压紧对接缝两边；

f)将工件连同工装一起装入真空室，使对接缝两端与电子枪的运动轨迹偏差在0.1mm以内；

g)进行真空电子束焊接，焊接时使束流与焊缝对中，误差不大于0.1mm；首先正对对接缝焊一遍，焊接工艺参数为加速电压60kV，电子束流70~80mA，聚焦电流120~500mA，焊接速度10~15mm/S；然后分别向对接缝两侧各移动电子枪0.3mm～0.4mm，再各焊接一遍，电子束流比第一遍小2mA～3mA，其它工艺参数不变；最后正对焊缝修饰焊接；