低溫鋼的焊接工藝特點(diǎn)及其應(yīng)用

應(yīng)利

摘要：近年來，綠色能源——天然氣逐步受到各國的重視，采用低溫鋼制造的液化天然氣儲(chǔ)罐的需求增加，而且不斷向大型化方向發(fā)展。低溫鋼是指在低溫特殊環(huán)境中應(yīng)用的低合金鋼，是為了適應(yīng)石油、化工等產(chǎn)業(yè)的需要而迅速發(fā)展起來的專用鋼。低溫鋼具有優(yōu)異的低溫韌性，具有良好加工性能和耐蝕性，在石化、天然氣等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。本文將結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，主要探討低溫鋼的焊接工藝特點(diǎn)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：低溫鋼；焊接工藝；特點(diǎn)中圖分類號：G718文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1672-1578（2014）18-0283-01《焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)》是焊接專業(yè)學(xué)習(xí)的一門主干課程。它的主要任務(wù)是使學(xué)生具備焊接生產(chǎn)的基礎(chǔ)知識和基本技能，為今后從事焊接專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的工作打下基礎(chǔ)。本教材根據(jù)課程的教學(xué)需要，編入了焊接結(jié)構(gòu)的基本知識和焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過程的專業(yè)理論知識，并以焊接結(jié)構(gòu)、接頭形式、焊接變形和焊接應(yīng)力為基礎(chǔ)，全面介紹了焊接結(jié)構(gòu)零件的加工工藝、裝配與焊接工藝及其所用工藝裝備、典型產(chǎn)品加工工藝過程、焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)組織與安全技術(shù)等方面的知識。同時(shí)安排了與之有關(guān)的技能訓(xùn)練[1]。

1.工程實(shí)例

板厚15mm的9Ni鋼大型儲(chǔ)罐，工作溫度為-190℃。儲(chǔ)罐為平板對接的立焊焊縫，采用單面自動(dòng)TIG焊，且背面不清根。選用鎳基焊絲70Ni．Mo．W，直徑為1.2mm，焊接電流200～240A，焊接電壓11～13V，焊接速度4.3～5cm/min，氬氣流量20～30L/min，焊后不進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

2.低溫鋼焊接工藝分析

2.1低溫鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用。通常把-10～-196℃的溫度范圍稱為"低溫"(我國從-40℃算起)，低于-196℃(直到-273℃)時(shí)稱為"超低溫"。低溫鋼主要是為了適應(yīng)能源、石油化工等產(chǎn)業(yè)部門的需要而發(fā)展起來的一種專用鋼。低溫鋼要求在低溫工作條件下具有足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性，同時(shí)應(yīng)具有良好的加工性能，主要用于制造在-20～-253℃低溫下工作的焊接結(jié)構(gòu)，如儲(chǔ)存和運(yùn)輸各類液化氣體的容器等[2]。

主要是一些含Ni或無Ni的低合金鋼，一般在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用，主要用于各種低溫裝置(-40～-196℃)和在嚴(yán)寒地區(qū)的一些工程結(jié)構(gòu)，如液化石油氣、天然氣的儲(chǔ)存容器等。與普通低合金鋼相比，低溫鋼必須保證在相應(yīng)的低溫下具有足夠高的低溫韌性，對強(qiáng)度無特殊要求。低溫鋼可根據(jù)使用的溫度等級(分為-10～-40℃、-50～-90℃、-100～-120℃和-196～-273℃等)、合金含量和組織(分為低合金鐵素體低溫鋼、中合金低溫鋼和高合金奧氏體低溫鋼；或者按有無Ni、Cr元素分類)、熱處理方法(分為非調(diào)質(zhì)低溫鋼和調(diào)質(zhì)低溫鋼)等進(jìn)行分類。

2.2低溫鋼的焊接性能分析

2.2.1鐵素體型低溫鋼的焊接特點(diǎn)。鐵素體型低溫鋼含碳量大都在0.06%～0.20%范圍內(nèi)，合金元素總含量≤5%，其碳當(dāng)量在0.27%～0.57%之間。由于碳當(dāng)量不高，淬硬傾向較小，室溫下焊接時(shí)，不易形成冷裂紋；鋼中S、P等雜質(zhì)元素的含量控制較低，也不易產(chǎn)生熱裂紋。鐵素體型低溫鋼的焊接性良好。通常，板厚在25mm以下時(shí)不需預(yù)熱，當(dāng)板厚超過25mm或焊接接頭剛性拘束較大時(shí)，則應(yīng)考慮預(yù)熱，以防產(chǎn)生焊接裂紋。但是，若預(yù)熱溫度過高，會(huì)使熱影響區(qū)晶粒長大，并在晶界可能析出氧化物和碳化物而降低韌性。大多數(shù)鐵素體型低溫鋼通過加入細(xì)化晶粒的合金元素以及正火處理提高其低溫韌性，韌性指標(biāo)一般能得到保證。對于含有V、Ti、Nb、Cu、N等元素的鋼種，在進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理時(shí)，當(dāng)加熱溫度處于回火脆性敏感溫度區(qū)間時(shí)，會(huì)析出脆性相，使低溫韌性顯著下降。因此，要合理地選擇焊后熱處理工藝，以保證接頭的低溫韌性。

2.2.2低碳馬氏體型低溫鋼的焊接特點(diǎn)。9Ni鋼是典型的低碳馬氏體型低溫鋼，含有較多的Ni，具有一定的淬硬性。焊前均進(jìn)行正火后再高溫回火或900℃水淬后再570℃回火處理，其組織為低碳板條馬氏體。這種鋼具有較高的低溫韌性，其焊接性能優(yōu)于一般低合金高強(qiáng)鋼。板厚50mm以下的結(jié)構(gòu)，可以不預(yù)熱，焊后也可不進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理[3]。但是，必須嚴(yán)格控制鋼的化學(xué)成分，尤其是S、P的含量，否則容易產(chǎn)生焊接熱裂紋，尤其是弧坑裂紋。若鋼中的S含量偏高，可形成低熔點(diǎn)共晶體Ni-NisSz(644℃)；P的含量超標(biāo)，也可能形成Ni-Ni3P2(880℃)共晶體，這均易造成結(jié)晶裂紋。

3.教學(xué)實(shí)例

教學(xué)過程中，一是要針對基礎(chǔ)知識的教學(xué)，組織學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場參觀教學(xué)，或通過多媒體教學(xué)手段，讓學(xué)生對焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的全過程有一定的感性認(rèn)識；二是在理論教學(xué)中，配合每一種能力目標(biāo)要求，精心進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)，加強(qiáng)實(shí)踐意識和應(yīng)用能力的培養(yǎng)；除此以外，還應(yīng)結(jié)合專業(yè)知識的教學(xué)，加強(qiáng)與焊接結(jié)構(gòu)有關(guān)的新知識、新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備的介紹，積極開闊學(xué)生的視野和開發(fā)學(xué)生的專業(yè)創(chuàng)新思維[4]。從焊接角度研究不同材料的基本特性(包括焊接性特點(diǎn)、焊接工藝、焊接材料等)，闡述材料的焊接性和材料焊接的基本理論與概念，分析不同材料的焊接性特點(diǎn)和工藝要點(diǎn)。針對具體材料焊接結(jié)構(gòu)的要求，掌握焊接材料選擇和制訂焊接工藝的基本原則及方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)基本概念的理解，通過理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，啟發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)和加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立歸納整理和分析的能力，使學(xué)生結(jié)合具體材料掌握一些基本的焊接工藝，初步具備分析和解決焊接工程問題的能力。本課程實(shí)際執(zhí)行過程中可根據(jù)各院校的具體情況，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)增減或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。每章應(yīng)有明確的教學(xué)主題和講述重點(diǎn)，各院?？筛鶕?jù)各自的教學(xué)特點(diǎn)安排和分配學(xué)時(shí)。單從材料本身的化學(xué)成分、物理性能和力學(xué)性能，不足以判斷它在焊接過程中可能出現(xiàn)的問題以及焊接后能否滿足使用要求，這就要求從焊接性的角度出發(fā)來分析和研究材料的某些特定的性能，也就是材料的焊接性問題。參考文獻(xiàn)：

[1]SA203Gr. D低溫鋼多道焊焊接性能試驗(yàn)研究[J].鍋爐技術(shù)，2014，02：52-54+80.

[2]朱霞，董俊慧. 低溫鋼的焊接性能及其應(yīng)用[J].鑄造技術(shù)，2013，11：1538-1540.

[3]李籍. 低溫鋼A333 Gr.6的焊接[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2013，04：131-133.

[4]丁全有，楊菀娜，任世宏，張凱翔，張建曉.甲醇裝置用16MnDR低溫鋼的焊接[J]. 電焊機(jī)，2013，07：37-38.