低溫鋼09MnNiDR焊接工藝評定試驗(yàn)

劉強(qiáng) 張高濤

摘要：通過對低溫鋼材料09MnNiDR的焊接性分析以及焊接工藝評定，找到了控制低溫材料焊接接頭低溫韌性的方法。

關(guān)鍵詞：低溫鋼；接頭韌性；工藝試驗(yàn)

前言

材料科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了國內(nèi)外石化技術(shù)和裝備的進(jìn)步，大型、低溫、深冷壓力容器在石化和化工裝備行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。低溫材料的焊接加工技術(shù)也成為石化行業(yè)裝備制造的重要課題。2014年8月，一重集團(tuán)蘇州重工為江蘇某化工企業(yè)制造的乙烯氣化裝置，用到了低溫材料09MnNiDR鋼板，由于公司在低溫材料焊接方面積累的經(jīng)驗(yàn)較少，所以工藝人員在查閱相關(guān)資料和同行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，擬定出了焊接工藝規(guī)程進(jìn)行工藝評定。

1.焊接性分析

09MnNiDR鋼為鐵素體+少量珠光體型低溫鋼，GB3531-2008規(guī)定其在-70℃沖擊吸收能量（KV2/J）大于或等于34J，其含碳量低，主要合金元素為Mn、Ni。Mn主要用來通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，Ni能改善鐵素體的低溫韌性，并能顯著降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。09MnNiDR鋼焊接接頭最難保證的是焊縫和熱影響區(qū)組織的低溫韌性，如果焊接工藝參數(shù)選擇的不合理或者焊材等別的焊接主要因素不匹配，就會出現(xiàn)焊接氣孔、夾渣等缺陷，焊接接頭的低溫韌性則很難達(dá)到要求。

2.焊接工藝評定試驗(yàn)

工藝評定試驗(yàn)按照NB/T47014-2011的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。著重進(jìn)行焊接接頭焊縫區(qū)和熱影響區(qū)抗低溫沖擊試驗(yàn)。所選試驗(yàn)?zāi)覆牡囊?guī)格和力學(xué)性能見表1。

2.1 焊接方法的確定

根據(jù)公司產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合公司設(shè)備、焊接人員具體情況綜合考慮，我們決定做兩種焊接方法的工藝評定。分別是鎢極氬弧焊（焊態(tài)）、鎢極氬弧焊（消應(yīng)力熱處理）、焊條電弧焊（焊態(tài)）、焊條電弧焊（消應(yīng)力熱處理）。焊四塊試板進(jìn)行力學(xué)性能檢測。

2.2 焊材的選用

根據(jù)NB/T47015-2011的推薦和查閱焊接手冊，手工氬弧焊選用純度為99.99%的氬氣保護(hù)，焊絲選用ER55-Ni3，規(guī)格為∮2.0.手工焊條電弧焊選用牌號為W707Ni，規(guī)格為∮3.2和∮4兩種規(guī)格。

2.3 工藝參數(shù)的選擇

本次試驗(yàn)所選用的具體焊接參數(shù)見表2.

2.4 工藝措施

（1）考慮到低溫鋼的焊接特點(diǎn)，為避免焊接接頭形成粗晶粒組織而降低接頭低溫韌性，采用小的焊接線能量（<25kj/cm），可以通過多層焊反復(fù)加熱細(xì)化晶粒。

（2）W707Ni焊條熔敷金屬有一定黏度，凝固較快，擴(kuò)散氫等有害氣體來不及逸出，為此要提高焊材烘干的溫度和時間，同時避免焊材在空氣中裸露時間過長。

（3）層間溫度控制在80～150℃之間，層間清理徹底，避免S、P、C等有害雜質(zhì)元素熔入焊縫金屬。

（4）因?yàn)榈蜏劁搶附尤毕莺蛻?yīng)力集中的敏感性較大，故而要用操作技術(shù)水平相對高的焊工來完成焊接。在焊工技術(shù)層面避免焊接缺欠的發(fā)生。

（5）打底焊要盡可能小電流完成，避免根部裂紋的隱患。

（6）選用性能穩(wěn)定的焊接設(shè)備，對設(shè)備的顯示電流電壓值和實(shí)際的電流電壓值進(jìn)行測試評定，使之誤差在10A之內(nèi)。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

焊接試件委托到張家港市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所根據(jù)NB/T47014-2011進(jìn)行取樣和力學(xué)性能檢測，主要是焊接接頭和熱影響區(qū)的低溫沖擊試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

3.結(jié)語

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，事先驗(yàn)證的工藝評定參數(shù)所焊接的試驗(yàn)板經(jīng)過檢測能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，工藝評定報(bào)告也通過了當(dāng)?shù)靥貦z所的審核，可以用來支持產(chǎn)品的焊接施工。但是工藝措施仍然有改進(jìn)的空間，如果在焊材制造當(dāng)中再適當(dāng)增加Ni元素的含量或者采取工藝措施增大焊接坡口的角度，采用較小的線能量多道焊，通過控制層間溫度的辦法也可以提高焊接接頭的韌性和力學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳裕川編寫.《鋼制壓力容器焊接工藝》.機(jī)械工業(yè)出版社，2011年版

[2]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接分會編.《焊接手冊》.機(jī)械工業(yè)出版社，2001年版

[3]一重集團(tuán)蘇州重工 PQR1410 PQR1411 PQR1412 PQR1413.