09MnNiDR低溫鋼熔化極氣體保護焊工藝

趙瑞輝 朱云貴

1. 常用實芯焊絲的產品

我公司主要制造化工壓力容器設備，在產品焊接生產中。常常遇到如內件、加強圈、加強筋、梯子平臺墊板、吊耳或支座墊板與殼體相焊的E類接頭。此類接頭數量較多，工作量大，之前一直采用焊條電弧焊進行焊接，工作效率低，質量較差，為此，需要采用效率更高，焊接質量更好的焊接方法。熔化極氣體保護焊在壓力容器非受壓元件之間及其與受壓元件之間的接頭中已廣泛應用，相比焊條電弧焊，具有熔敷效率高，接頭數量少，焊縫成形美觀，實芯焊絲焊后無清渣工作，焊接熱輸入低，焊接變形小等優點。我公司常采用實芯焊絲進行焊接的產品主要有丙烯汽提塔、脫甲烷塔、脫乙烯塔、乙烯精餾塔、乙烯冷卻器等低溫設備。

2. 實芯焊絲應用案例

目前國內熔化極氣體保護焊在壓力容器中的應用，僅限于普通的碳鋼、低合金鋼、不銹鋼材質，在低溫鋼，尤其是09Mn Ni DR材質的焊接應用案例較少，我公司使用哈爾濱焊接研究所生產的09Mn Ni DR用實芯焊絲，進行了焊接工藝評定試驗，以驗證在產品中的可用性。

（1）試驗母材試驗用09MnNiDR 鋼板（16mm厚）的供貨狀態為正火態，其化學成分和力學性能如表1和表2所示。試件規格為550mm×110mm×16mm，兩塊試板組對焊接。

（2）試驗焊材 試驗焊材選用哈爾濱焊接研究所生產的HS09Mn Ni DR氣體保護焊實芯焊絲，φ 1.2mm，其化學成分和力學性能如表3和表4所示。

（3）試驗方法及工藝 試件焊接采用熔化極氣體保護焊（GMAW），保護氣體為8 0%Ar+20%CO2，氣體流量為1 5~20L/mi n。焊接采用單面焊背面成形技術，坡口形式及焊接順序如圖1所示，焊接參數如表5所示。焊前不需預熱，坡口應清理干凈，焊接采用多層多道焊，焊絲微擺動，控制層間溫度低于150℃，熔滴過渡形式為細顆粒過渡，焊接位置為立焊（3G），焊接后進行消除應力熱處理，熱處理工藝曲線如圖2所示。

表1 試驗用09MnNiDR化學成分（質量分數） （%）

表2 試驗用09MnNiDR力學性能

表3 試驗用HS09MnNiDR焊絲化學成分（質量分數）（%）

表4 試驗用HS09MnNiDR焊絲熔敷金屬力學性能

（4）試驗結果與分析 按照NB/T47014—2011標準規范，進行焊接工藝評定試驗，試件焊后經外觀檢測，100%RT和100%MT檢測，均未發現裂紋等缺陷，表明該焊絲焊接工藝性能良好，易于操作。試件熱處理后取樣進行拉伸、彎曲、沖擊、硬度等試驗項目，試驗結果如表6~表9所示。

從試驗結果可以看到，兩組評定試驗抗拉強度均高于母材的標準規定最小抗拉強度430MPa，彎曲試樣均完好無缺陷，低溫-70℃沖擊試驗值大于47J，焊接接頭具有足夠的韌性。試驗結果表明，該實芯焊絲焊接可以保證焊接接頭的力學性能滿足NB/T47014—2011標準規范的要求。

圖1 坡口形式及焊接順序

圖2 消應力熱處理工藝曲線

表5 焊接參數

表6 拉伸試驗結果

表7 彎曲試驗結果

表8 沖擊試驗結果

表9 硬度試驗結果 （HBW）

3. 結語

通過試驗證明，熔化極氣體保護焊所用實芯焊絲HS09Mn Ni DR可以保證焊接接頭的力學性能符合標準規范要求，我公司在如丙烯汽提塔、脫乙烯塔、乙烯精餾塔、乙烯冷卻器等09Mn Ni DR材質產品中，已應用于內件、墊板等非受壓元件與殼體相焊的接頭中。經過無損檢測合格，焊縫表面良好，質量穩定，相比焊條電弧焊提高了生產效率，減少了焊材的浪費，降低了生產成本，值得推廣應用。

隨著焊絲生產技術的發展，藥芯焊絲由于可以通過調整藥粉配方來滿足焊縫金屬的各種性能和化學成分要求，熔敷效率高于實芯焊絲，焊接飛濺少，工藝適應性強等優點，已在普通鋼材制造的壓力容器中廣泛應用，并具有取代實芯焊絲的趨勢。但由于藥芯焊絲存在易受潮且不易重新烘干的缺點，這對于焊接接頭低溫沖擊韌性要求較高的低溫鋼材料來講，不宜使用，因此焊材生產廠家未來應重視低溫鋼焊接材料用熔化極氣體保護焊實芯焊絲的研發和推廣。