复合钢板Monel400-Q345R的焊接.doc

复合钢板Monel400/Q345R的焊接摘 要：脱溶釜内筒体及封头设计材料是monel400q345r镍基合金复合钢板，焊接技术是制造这台设备的关键技术之一。通过分析复合钢板和镍基合金的焊接特点，镍基合金含有cu成分,cu溶入在碳钢中极易出现热裂纹，故复合钢板焊接的关键是控制过渡层焊接时复层合金成分不溶入基层。镍基合金焊接时容易产生气孔和裂纹,焊前清理和控制焊接线能量是防止镍基合金焊接缺陷的有效途径。关键词：n04400 镍及镍基合金 复合钢板 焊接 热裂纹2010年12月，某厂为生产无机酸苯酚而需要制作一台脱溶釜，如图1所示。内筒体设计材料为镍基合金复合钢板n04400q345r，规格dn1500?12+3)。介质是无机酸苯酚和氢氟酸,中度危害。设计压力-0.1mpa，工作温度100 。1 材料性能n04400/q345r是镍基合金复合钢板，应符合nbt 47002.2-2009压力容器用爆炸复合钢板 第2部分：镍-钢复合板 的规定。复层表面不得有凹坑、疤痕、裂纹、麻点、夹杂、折褶皱等缺陷。设计要求复合钢板达到bi级(结合率为100)。1.1 复层n04400复合钢板的复层n04400选用日本冶金工业川崎制造所生产的astmb127unsn04400。密度88 gcm ，熔点13001350 。1.1.1 成分特点蒙乃尔n04400是一种单相固溶体ni-cu合金，它在很多介质环境下有良好的耐蚀性能。从轻微的氧化性介质环境到中性环境，到适宜的还原性环境，都有良好的耐蚀性能。这种合金作为耐蚀材料使用有很长的历史。n04400合金的组织为高强度的单相固溶体，在氢氟酸和氟气介质中具有优质的耐蚀性，对热浓碱液也有优良的耐蚀性。该合金的一个重要特征是一般不产生应力腐蚀裂纹，切削性能良好。monel400是ni-cu合金，ni和cu是可以无限固溶的。化学成分见表1。1.1.2性能特点n04400合金强度中等、塑性好、材质软、易于成形和焊接。冷成形应采用软化退火态的n04400合金。n04400合金机械性能见表2。脱溶釜盛介质特性为中度危害无应力腐蚀, monel400一般也不产生应力腐蚀,所以本设备无需消除应力热处理。1.1.3 耐蚀特点均匀腐蚀。镍铜合金n04400在还原性的条件下，比纯镍耐蚀；在氧化性的条件下，比铜耐蚀。n04400的一个显著的耐蚀特征是，对直至沸腾温度下的所有浓度的氢氟酸表现出极好的耐蚀性，正氟化工里被广泛使用,因此对于本设备的使用工况,n04400成为设计选用最佳的材料。1.2 基层q345rq345r钢是屈服强度为340mpa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。它是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。根据2008年9月1日实施的gb 713-2008锅炉和压力容器用钢板的新分类，16mng和16mnr、19mng合并为q345r。q345r是普通低合金钢,是锅炉压力容器常用钢材，交货状态分：热轧或正火。抗拉强度为（510-640）之间，伸长率大于21%，零度v型冲击功大于34j。q345r在焊缝和热影响区有不同程度的淬硬倾向，一般中薄板焊接性能较好，不需要焊前预热也不容易产生冷裂纹，在板厚较大（一般超过30mm）拘束度较大、淬硬倾向较大时才需要焊前预热，必要时采用焊后热处理。焊接时综合考虑焊缝金属的韧性、塑性及强度，一般在承压设备的焊接应选用抗裂性好的低氢型焊条焊接，一般选用j507或j506,对于厚度较大、拘束度较大及冷裂倾向较大的焊接结构可以考虑选用超低氢焊条。1.3 焊接材料如图2所示，在nb/t47015-2011压力容器焊接规程中，按推荐的q345r基层焊接材料选用焊条j507，焊丝选用h10mn2,焊剂选用hj431, 复层堆焊的过渡层和复层焊条分别chn337和enicu-7。按图2所示选用根据焊接顺序选用焊接材料，基层q345r在坡口面和处选用j507焊条，规格为 4 mm，基层q345r反面清根后处选用焊丝选用h10mn2，规格为 4 mm，配用hj431焊剂，规格为8-40目；过渡层处选用焊条chn337，规格为 4 mm，复层处选用焊条enicu-7，规格为 3.2 mm。chn337焊条相当于aws：enicrfe-3,说明：低氢型ni70cr15耐热合金焊条，焊缝中有适量的锰、铌等合金元素，熔敷金属具有良好的抗裂性，采用直流反接。用途：用于焊接有耐热、耐蚀要求的镍基合金，如inconel600、601等，也可用于一些难焊合金、异种钢的焊接及堆焊。熔敷金属化学成份 % c0.1 mn 5-9.5 si1 ni 59 fe10 ti1 nb+ta 1-2.5 s0.015 p0.03 cu0.5 cr 13-17。焊接材料中的硫含量对热裂纹形成的敏感性更起到关键作用。选用该焊条过渡主要是考虑提高焊缝金属镍含量,焊条中含钛铌锰等元素可以提高焊缝的抗裂性。enicu-7用于n04400的焊接，在n04400和碳钢或不锈钢的焊接。enicu-7由于cu的含量很高，ni和cu是互溶的，而与钢焊接时，ni和cu溶于钢中，cu在溶入钢中极易产生热裂纹。因而焊条enicu-7不宜直接在碳钢或不锈钢上堆焊，即不采用焊条enicu-7直接过渡,采用chn337焊条做过渡。2 焊接2.1 焊接性分析2.1.1 复合板焊接要求焊接应保证复合钢板的应用要求即复层耐蚀性和基层的力学性能。在焊接工艺上力求避免或减少基层焊缝金属与复层焊缝金属的相互稀释(互熔)，基层焊接时镍基合金对基层焊缝的稀释引起熔敷金属开裂；复层堆焊时基层低合金材料对镍基合金的稀释使复层的耐蚀性能下降，为了减小稀释率复层堆焊往往需要过渡层。不能在复层或复层焊缝金属上熔敷碳素钢或低合金钢的焊材。2.1.2 低合金高强钢q345r脱溶釜所用的基层q345r为12mm厚属于中薄板，焊接性能好，一般控制好焊前母材和焊丝的清洁度和焊条的烘干即可。j507焊条按照碱性焊条采用短弧焊。2.1.3 过渡层堆焊过渡层焊接是镍基焊条在低合金钢上的堆焊，焊接的主要问题也是热裂纹和气孔，应尽量采用小线能量的焊接工艺参数，限制钢的熔化量，以免过多地将有害杂质带入焊缝，过渡层焊接必须将镍含量提高，尤其不能让基层材料溶入复层焊缝，否则极易产生裂纹，因而过渡焊缝至关重要。2.1.4 复层堆焊是在过渡层焊后的焊缝金属上的堆焊是镍及镍基合金的焊接，易产生热裂纹和气孔。经验说明采用氩弧焊时极容易产生裂纹，而采用焊条电弧焊焊接时抗裂性会好很多（焊条药皮渗合金所致）。(1)热裂纹镍及镍基合金焊接容易产生热裂纹(凝固裂纹)。在焊接过程中必须严格限制有害杂质的侵入，避免或减少低熔点的生成。为此，在焊接前，必须对母材和焊丝进行严格清理，防止有害元素向焊缝区过渡。(2)气孔为了防止气孔的产生，必须消除产生气孔的来源，在施焊前必须清除坡口及近缝区的氧化物、各种涂料、油污等。2.2 焊接工艺2.2.1 焊接方法基层坡口面采用焊条电弧焊，背面清根后采用自动埋弧焊，过渡层复层堆焊采用焊条电弧焊。2.2.2 坡口型式及焊接顺序筒体板厚为l2+3，坡口加工成y型坡口，钝边4，如图2所示，这样的坡口方便组对，下料尺寸合适，组对时就比较好控制错边，复合板组焊要求错边量小，对焊接有利，尤其是对过渡层的焊接有利，焊接时按图2所示顺序焊接，将基层坡口面用j507焊条焊接2层，不要焊满，留出焊缝表面距离基层和复层的熔合线1-2mm，否则将高出部分打磨掉，以便过渡层焊接。基层坡口面焊后背面清根，用h10mn2焊丝焊接1层，注意控制好焊接参数，保证焊缝表面外观和焊缝内部质量。过渡层用采用chn337焊条电弧焊焊接，由于板较厚，过渡层复合层处坡口较宽，过渡层分2道焊接，保证过渡焊缝ni含量，尤其是防止直接采用复层焊材堆焊基层。2.2.3 焊接工艺参数在工艺上应采用小直径焊丝小电流多层多道焊接，层间温度不超过60。焊前严格清理待焊区，不得有油、锈等杂质，焊条、焊剂按规定烘干后使用，让有相应资格和操作熟练的焊工焊接，焊接尽量短弧焊，以免产生气孔。3 结束语通过焊接工艺评定和脱溶釜的制作证明了按本文的工艺焊接能制作出保证质量的产品.基层焊接可以按基层材料选用比较适当的焊接方法,保证了焊缝内部质量和焊缝外观,过渡层及复合层采用焊条电弧，克服了镍铜合金容易产生焊接裂纹的难题，并使