厚板09M nNiDR鋼焊接工藝試驗

李 琳，邸亞秋，張啊妮，袁黎明，劉維華，汪小華

（陜西西宇無損檢測有限公司，陜西 楊凌712100）

厚板09M nNiDR鋼焊接工藝試驗

李 琳，邸亞秋，張啊妮，袁黎明，劉維華，汪小華

（陜西西宇無損檢測有限公司，陜西 楊凌712100）

簡要介紹了國產低合金鋼09MnNiDR的特點，并對其焊接性進行了分析。針對陜西西宇無損檢測有限公司承接的某低溫球罐的焊接技術要求，對56mm厚板09MnNiDR鋼進行了焊接工藝評定，通過焊接工藝試驗確定本次低溫球罐的焊接工藝參數。結果表明，用W707DRQ焊條進行焊條電弧焊，焊縫的各項指標均滿足設計要求，－70℃低溫沖擊韌性已超過規定值，且有較大的富裕量。

焊接；低溫鋼；09MnNiDR鋼；焊接性分析；焊接工藝試驗

09MnNiDR鋼是目前國產低合金鋼中使用溫度最低的鋼種，作為－70℃級0.5Ni低溫鋼代替進口低溫鋼材在低溫壓力容器制造領域得到了廣泛應用[1-4]。低溫容器不僅要求鋼材本身具有良好的低溫性能，同時應具有良好的制造工藝性能，而且還要求通過焊接、熱處理等加工過程后，焊接接頭也能夠保證良好的低溫韌性。因此，焊接材料的正確選用、焊接規范及焊后熱處理規范就顯得尤為重要。本研究針對陜西西宇無損檢測有限公司承接的某低溫球罐的焊接技術要求，對56mm厚板09MnNiDR鋼進行了焊接工藝評定。通過焊接工藝試驗確定本次低溫球罐的焊接工藝參數，為現場的焊接工作提供數據支持和理論依據，同時也將為09MnNiDR鋼焊接技術的提高及匹配焊材的研究提供一些借鑒。

1 09M nNiDR鋼及其焊接性分析

1.1 09MnNiDR鋼的化學成分及力學性能

09MnNiDR鋼板已納入GB 3531—2008《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》標準，本次焊接工藝試驗用09MnNiDR低溫－70℃級鋼板由江陰興澄特種鋼鐵有限公司生產，供貨狀態為正火+回火，組織為鐵素體+少量珠光體。其化學成分及力學性能見表1和表2。

表1 09MnNiDR鋼化學成分

表2 09M nNiDR鋼力學性能

1.2 09MnNiDR鋼的焊接性分析

焊接熱影響區的淬硬和冷裂傾向與鋼材的化學成分有著密切的關系，在化學成分中，碳對鋼材的淬硬和冷裂影響最為明顯；通常把各種合金元素對淬硬和冷裂的影響折合成碳的影響，再用碳當量公式進行計算。

國際焊接學會（ⅡW）碳當量Ceq（%）公式為

按此公式計算后Ceq=0.39%。

日本JIS及WES標準規定為

按此公式計算后Ceq=0.38%。

09MnNiDR鋼為鐵素體+少量珠光體型低溫用鋼。由于含碳量低，屬于低合金結構鋼，Mn和Ni為其主要合金。Mn主要是通過固溶強化來提高鋼材的強度，而Ni能改善鐵素體的低溫韌性，并且具有明顯降低冷脆轉變溫度的作用。其碳當量≤0.44%，淬硬傾向小，不易形成冷裂紋，焊縫具有較好的塑性和韌性，通常無需預熱。當板厚超過一定的厚度、接頭剛性拘束較大或碳當量偏高時，應考慮預熱。但預熱溫度不宜過高，否則會使熱影響區晶粒長大，并在晶界析出氧化物。所以，焊接時應控制焊接線能量和層間溫度，焊后還應進行消除應力的熱處理。

2 匹配焊材的化學成分及力學性能

為了確保焊接接頭具有良好的低溫韌性，正確選定焊接材料和正確制訂焊接工藝是十分重要的。本次焊接工藝評定試驗的焊接采用焊條電弧焊。焊條選用哈爾濱威爾焊接有限責任公司生產的 W707DRQ，φ3.2mm/φ4.0mm焊條，其化學成分及力學性能見表3和表4。

表3 W707DRQ焊條的化學成分 %

表4 W707DRQ焊條的力學性能

3 工藝評定

焊接試驗所用母材為09MnNiDR，板厚為56mm，焊接方法為SMAW；焊條牌號W707DRQ，規格φ3.2mm/φ4.0mm；焊接時開X形坡口，角度60°±5°。立焊位置焊接，焊接過程如圖1所示。

3.1 焊接規范

09MnNiDR鋼焊接工藝規范參數的合理確定，是保證低溫球罐產品制造質量的關鍵之一。在焊接材料已經確定的條件下，焊接接頭的低溫韌性主要取決于焊接工藝。為此，參照低溫鋼的焊接特點，本次焊接工藝評定對焊接線能量，層間溫度及焊后熱處理進行了嚴格的工藝規范。焊接時應盡量采用小的焊接線能量，預熱溫度不宜過高，施焊時應嚴格控制道間溫度小于180℃，并盡可能不連續施焊，具體焊接工藝參數見表5。

圖1 X形60°坡口對接焊過程示意圖

3.2 工藝評定結果

焊接工藝評定執行NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》標準。焊接完成后經外觀檢查合格，按JB/T 4730—2005標準進行超聲探傷，符合Ⅰ級標準。力學性能檢測執行GB 3531—2014《低溫壓力容器用鋼板》標準，檢測結果見表6。

由表6可以看出，09MnNiDR鋼焊接接頭的各項指標均滿足GB 3531—2014要求，且-70℃低溫沖擊韌性較標準規定還有較大的富裕量。

表5 焊接工藝參數

表6 09M nNiDR鋼焊接接頭的力學性能

4 結 論

（1）理論分析結果表明，09MnNiDR鋼板淬硬傾向不大，在室溫環境下能避免冷裂紋產生。

（2）嚴格控制線能量，最大限度減少過熱，焊接時盡量采用快速多層多道焊，以減少熱輸入并利用后一道對前一道焊的熱作用，達到細化晶粒的效果。

（3）適當加大坡口角度，以增加焊道數量，控制每個焊層厚度≤4 mm，上層焊道與下層焊道中心應盡量錯開。

（4）用W707DRQ焊條進行焊條電弧焊，焊縫的各項指標均滿足設計要求，-70℃低溫沖擊韌性已超過規定值，且有較大的富裕量。

［1］王占英，孫長山，馬軼群.09MnNiDR低溫壓力容器的焊接 工 藝 [J]. 焊 接 質 量 控 制 與 管 理 ，2004，33 （4）：61-63.

［2］王厚軍.09MnNiDR鋼2萬m3丙烷低溫儲罐的焊接[J].石油工程建設， 2002， 28（5）： 37-39.

［3］王元華.09MnNiDR鋼的焊接[J].甘肅科技，2007，23（8）： 59-60.

［4］朱興元.中板09MnNiDR鋼焊接工藝性能試驗[J].石油和化工設備， 2014（7）：36-38.

［5］張志剛.低溫乙烯球罐焊接控制[J].中小企業管理與科技， 2009（11）： 265-266.

［6］聶萬隆，汪創華，惠洪杰，等.09MnNiDR鋼的工藝試驗研究[J].風機技術制造工藝，2006（1）：19-21.

［7］肖銀生，秦平剛.09MnNiDR鋼埋弧焊縫低溫韌性的控制研究[J].機械與土建，2013（4）：255-260.

［8］NB/T 47014—2011，承壓設備焊接工藝評定[S].

［9］JB/T 4730—2005，承壓設備無損檢測[S].

［10］GB 3531—2014，低溫壓力容器用鋼板[S].

W elding Procedure Test for Thick W all 09M nNiDR Steel

LILing,DIYaqiu,ZHANG Ani,YUAN Liming,LIUWeihua,WANG Xiaohua
（Shaanxi Xiyu Non-destructive Testing Company,Yangling 712100,Shaanxi,China)

In this article,it briefly introduced the characteristics of domestic low alloy steel 09MnNiDR,and analyzed its weldability.According to the welding technology requirements of some low temperature spherical tank,the welding procedure qualification for 56mm 09MnNiDR steel was carried out,and the welding process parameters for low temperature spherical tank was determined through welding procedure test.The results showed that using W707DRQ electrode to conduct shielded metal arc welding,the weld indicators allmeet design demands,the low temperature impact toughness at－70℃ exceeded the specified value,and there aremajor affluence.

welding;low temperature steel； 09MnNiDR steel;weldability analysis;welding procedure test

TG457.1

B

1001－3938（2015）11-0026-03

李 琳（1987—），女，工學碩士，專業工程師，主要從事焊接技術和焊接培訓方面的工作，發表論文7篇。

2015-05-24

修改稿收稿日期：2015-08-07

謝淑霞