低溫鋼09MnNiDR焊接工藝評定試驗

劉強 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。

關鍵詞：低溫鋼；接頭韌性；工藝試驗

前言

材料科學的發(fā)展促進了國內外石化技術和裝備的進步，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用。低溫材料的焊接加工技術也成為石化行業(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驗較少，所以工藝人員在查閱相關資料和同行經驗的基礎上，擬定出了焊接工藝規(guī)程進行工藝評定。

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化提高鋼的強度，Ni能改善鐵素體的低溫韌性，并能顯著降低鋼的冷脆轉變溫度。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到要求。

2.焊接工藝評定試驗

工藝評定試驗按照NB/T47014-2011的有關規(guī)定進行。著重進行焊接接頭焊縫區(qū)和熱影響區(qū)抗低溫沖擊試驗。所選試驗母材的規(guī)格和力學性能見表1。

2.1 焊接方法的確定

根據公司產品的結構特點，結合公司設備、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（消應力熱處理）、焊條電弧焊（焊態(tài)）、焊條電弧焊（消應力熱處理）。焊四塊試板進行力學性能檢測。

2.2 焊材的選用

根據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，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，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加熱細化晶粒。

（2）W707Ni焊條熔敷金屬有一定黏度，凝固較快，擴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等有害雜質元素熔入焊縫金屬。

（4）因為低溫鋼對焊接缺陷和應力集中的敏感性較大，故而要用操作技術水平相對高的焊工來完成焊接。在焊工技術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)定的焊接設備，對設備的顯示電流電壓值和實際的電流電壓值進行測試評定，使之誤差在10A之內。

2.5 試驗結果分析

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

3.結語

從以上試驗結果可以看出，事先驗證的工藝評定參數(shù)所焊接的試驗板經過檢測能夠達到相關標準的要求，工藝評定報告也通過了當?shù)靥貦z所的審核，可以用來支持產品的焊接施工。但是工藝措施仍然有改進的空間，如果在焊材制造當中再適當增加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性能。

參考文獻：

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

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

[3]一重集團蘇州重工 PQR1410 PQR1411 PQR1412 PQR1413.