09MnNiDR焊接工藝試驗(yàn)

周鑫

（四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司容器制造廠，四川 內(nèi)江 641000）

1 09MnNiDR原材料分析

原材料對(duì)鋼板焊接性能的控制至關(guān)重要，經(jīng)研究，我廠采用舞陽(yáng)鋼廠生產(chǎn)的鋼板，材料的供貨狀態(tài)為正火+回火，并對(duì)材料的非金屬夾雜、金屬平均晶粒度進(jìn)行了要求，材料到廠后，進(jìn)行力學(xué)性能和化學(xué)成分的復(fù)驗(yàn)。復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，09MnNiDR鋼的化學(xué)成分中含C量低，S、P雜質(zhì)含量低，含有0.5%左右的Ni元素。由于降低了C含量,加入了少量Ni，減少了雜質(zhì)，09MnNiDR鋼具有高強(qiáng)度、高低溫沖擊韌性。09MnNiDR鋼的供貨狀態(tài)為正火+回火態(tài)，顯微組織為鐵素體+珠光體。從焊接性角度出發(fā)，主要應(yīng)該防止焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋和熱裂紋，保證焊縫和焊接熱影響區(qū)具有與母材相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能，特別低溫沖擊韌性。

2 材料的裂紋敏感性評(píng)價(jià)

通常把各種合金元素對(duì)淬硬和冷裂的影響都折合成碳的影響。故可采用碳當(dāng)量Ceq對(duì)該種材質(zhì)的裂紋敏感性進(jìn)行間接的評(píng)價(jià)。按國(guó)際焊接學(xué)會(huì)碳當(dāng)量（%）公式計(jì)算：碳當(dāng)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(wú)須預(yù)熱。當(dāng)板厚超過(guò)一定的厚度、接頭剛性拘束較大或碳當(dāng)量偏高時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)熱。一定厚度的09MnNiDR焊接并不需要預(yù)熱，即使需要采用預(yù)熱，但預(yù)熱溫度也不要過(guò)高，否則，會(huì)使熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大，并在晶界析出氧化物。所以，焊接時(shí)，更應(yīng)嚴(yán)格控制焊接速度及線能量等參數(shù)。

圖1 焊接簡(jiǎn)圖

3 焊材的選擇

有焊材公司生產(chǎn)對(duì)應(yīng)-70℃低溫鋼的埋弧焊絲、焊劑，采用埋弧焊能提高速度，但NB/T47015標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)09MnNiDR只推薦焊條，其余焊材標(biāo)準(zhǔn)均不推薦，經(jīng)慎重研究，首次-70℃低溫鋼焊接暫不選擇埋弧焊焊材。首先，對(duì)國(guó)內(nèi)焊材生產(chǎn)廠家進(jìn)行了擇優(yōu)選取，采用了昆山京群生產(chǎn)的氬弧焊絲ATR55-Ni3M φ2.5，焊條 E5015-C1L φ3.2/φ4.0/φ5.0。其次，再按照標(biāo)準(zhǔn)制定焊接工藝如圖1、表1。

4 焊接工藝驗(yàn)證

4.1 抗裂試驗(yàn)法

試驗(yàn)及取樣按GB/T4675.1《焊接性試驗(yàn)斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》采用26mm×150mm×200mm試樣。焊完的試件經(jīng)48h后才能進(jìn)行裂紋的檢測(cè)和解剖，采用肉眼或其他適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)檢查焊接接頭的表面和斷面是否有裂紋，并計(jì)算出表面裂紋率、根部裂紋率和斷面裂紋率，結(jié)果數(shù)據(jù)如表2。

表2 Y型坡口焊接冷裂紋試驗(yàn)結(jié)果

由于斜Y剖口對(duì)焊接裂紋試驗(yàn)接頭拘束很大，根部尖角又有應(yīng)力集中，所以試驗(yàn)條件比較苛刻。一般認(rèn)為試驗(yàn)中若裂紋率不超過(guò)20%，那么在實(shí)際結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

4.2 直接試驗(yàn)法

（1）表面檢測(cè)：焊縫外觀檢驗(yàn)，表面無(wú)氣孔、夾渣、未熔合和咬邊等缺陷。

（2）無(wú)損檢測(cè)：焊縫X射線無(wú)損探傷，所有試板均為Ⅰ級(jí)。

（3）拉伸試驗(yàn)：數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

（4）彎曲試驗(yàn)：數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

（5）沖擊試驗(yàn)：數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

可以驗(yàn)證采用擬定的焊接工藝，試板焊縫及熱影響區(qū)的力學(xué)性能值均高于母材要求值。

4.3 金相分析：見(jiàn)圖2～4。

表4 焊縫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表5 焊縫-70℃低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果

圖2 焊縫區(qū)組織×500：鐵素體+貝氏體+索氏體

圖3 熱影響區(qū)組織×500：貝氏體+鐵素體+索氏體

圖4 母材×500：鐵素體+珠光體

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(jié)構(gòu)鋼，Mn、Ni為其主要合金。Mn主要是通過(guò)固熔強(qiáng)化來(lái)提高鋼材的強(qiáng)度，而Ni能改善鐵素體的低溫韌性，并具有明顯降低冷脆轉(zhuǎn)折溫度的作用。

4.4 焊縫返修工藝試驗(yàn)

對(duì)焊縫進(jìn)行三次返修試驗(yàn)，確定焊接返修次數(shù)對(duì)焊縫及熱影響區(qū)低溫（-70℃）沖擊性能的影響，對(duì)返修工藝的焊縫試件的拉伸、沖擊、彎曲值進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，均符合材料的標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)驗(yàn)證明，我廠所擬定的09MnNiDR的焊接工藝的三次返修也是合格的。

綜上所述，09MnNiDR低溫鋼的可焊性較好，采用我廠制定的09MnNiDR焊接工藝既能夠保證其焊縫的低溫沖擊韌性，也能夠保證三次返修內(nèi)的焊縫質(zhì)量，其焊接工藝完全能夠滿足設(shè)備制造的要求，建議推廣使用。

表3 焊縫拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)