低温材料09MnNiDR的焊接工艺.docVIP

低温材料09MnNiDR的焊接工艺上海向福贸易有限公司主营09MnNiDR低温容器要通过选用不同的焊材及不同的焊接参数,对低温材料09MnNiDR进行了一系列的工艺评定试验。指出了影响09MnNiDR焊接接头低温韧性的主要因素,并提出了焊接时应采取的工艺措施。关键词:低温材料焊接工艺试验低温韧性WELDINGPROCESSOFLOWTEMPERATURE09MnNiDRSTEELHebeiInstituteofArchitectureandEngineeringWangZhanying,MaYiqun,ZhangLandiTianjinUniversityLiHuanAbstractAseriesoftechnicalassessmenttestsforlowtemperature09MnNiDRwerecarriedoutbyusingdifferentweldingmaterialandchangingweldingparameters.Theinfluencefactorsofthelowtemperaturetoughnessofthewelded09MnNiDRjointandthetechnicalmeasurementwereproposed.Keywords:lowtemperaturematerial,weldingprocess,test,lowtemperaturetoughness0前言随着科学和经济的发展,国内外的石油、化工技术和设备也得到了长足的进步。压力容器向着大型化、高参数和高寿命的方向发展,一些大型、低温、深冷压力容器在石油炼化行业应用越来越多。低温材料的焊接加工技术也成为焊接研究的重要课题。2002年以来,张家口市石油机械厂先后为国内外一些石化公司制造了30余台09MnNiDR低温压力容器。09MnNiDR钢为铁素体+少量珠光体型低温钢,其含碳量低,属于低合金结构钢。Mn、Ni为其主要合金元素,Mn的作用主要是通过固溶强化来提高钢的强度,Ni能改善铁素体的低温韧性,并具有显著降低钢的冷脆转变温度的作用。在进行09MnNiDR的焊接时,如果焊接材料或焊接工艺参数等选择不合理,焊接接头很容易出现气孔、夹渣等缺陷,且焊接接头(焊缝、热影响区)的低温冲击吸收功很难达到要求。为此,先后采用不同的焊材进行了多次工艺评定试验,取得了一些宝贵的工艺参数。1焊接工艺评定试验1.1焊接工艺评定试验方法评定按钢制压力容器焊接工艺评定JB47082000的有关规定进行。焊接方法采用焊条电弧焊和埋弧自动焊。着重评定了焊接接头中焊缝金属和热影响区的低温韧性。1.2焊接工艺评定试验材料试验用母材的化学成分和力学性能见表1和表2,试验用焊材的化学成分和力学性能见表3和表4。表1试验用母材的化学成分(%)序号钢号规格mmCSiMnSPCrNiCuNbAl109MnNiDR180.0080.361.350.0060.0080.470.0240.05209MnNiDR100.010.271.370.0080.0090.510.0180.03309MnNiD200.080.241.320.0100.0100.130.830.030.0136焊接2006(2)WWW.09MnNiDR.COM(1)试验用母材:板材09MnNiDR为舞阳钢铁公司生产(执行标准GB353194),交货状态正火,组织为铁素体+少量珠光体。锻件为山西定襄新星锻件厂生产(执行标准JB47272000),交货状态为淬火+回火。(2)试验用焊材:焊条为天津大桥焊条W707Ni(执行标准GBT51181995);埋弧焊丝为锦州某公司JW-1(执行标准AWSA5.17EH14),焊剂为SJ101(执行标准GB529385)。表2试验用母材的力学性能序号钢号规格mm屈服强度sMPa抗拉强度bMPa伸长率5(%)冲击吸收功Akv(-70)J冷弯d=2a,=180109MnNiDR1841052031106,93,170合格209MnNiDR1040052531215,205,207合格309MnNiD203605002786表3试验用焊材的化学成分(%)序号钢号规格dmmCSiMnSPCrNiCuNbAl1W707Ni3.20.060.350.940.0060.0172.722W707Ni4.00.070.310.890.0070.0142.753JW-14.00.100.051.940.0170.016表4试验用焊材的力学性能序号钢号规格dmm屈服强度sMPa抗拉强度bMPa伸长率5(%)冲击吸收功Akv(-70)J1W707Ni3.25126273072.72W707Ni4.047857328583JW-14.046756929471.3试验选材过程最初焊条电弧焊选用W707A焊条,埋弧焊选用H10Mn2焊丝和YD507A焊剂。经过选择不同厂家的焊条、焊丝和焊剂反复试验,发现YD507A和国产焊丝H10Mn2配合使用,其焊接接头(焊缝和热影响区)的低温冲击功总是达不到标准要求(低温夏比冲击试验最低冲击吸收功规定值Akv18J),且极易产生气孔,而焊条电弧焊接头的低温冲击吸收功也不稳定。经认真分析后决定,焊条电弧焊选用含Ni的低温焊条W707Ni,埋弧焊用JW-1焊丝配SJ101焊剂。1.4试验采取的措施试验材料确定后,考虑到低温钢的焊接特点,采取了以下措施:(1)为了避免焊缝金属和热影响区形成粗晶组织而降低低温韧性,采用小的焊接热输入(25kJcm),焊接时尽量采用快速多道焊以减少过热,并可通过多层焊的重热作用细化晶粒。(2)由于W707Ni焊条焊缝熔敷金属黏度大,凝固较快,当保护不当或操作手法不对时,熔敷金属中的气体往往来不及逸出,在引弧处和接头处极容易产生密集气孔。为此焊接时,焊条应严格烘干,烘干温度为360380,恒温12h,焊条应随用随取,视周围环境的湿度,每次取用量一般不超过12h。(3)严格控制层间温度,尽可能不连续施焊。层间温度应控制在100200。(4)适当加大坡口角度,以增加焊道数目。(5)为控制焊道厚度,应严格控制焊材的规格,尽量选用细直径的焊条或焊丝(3.2mm4.0mm)(6)因低温钢对缺陷和应力集中的敏感性大,故应避免产生缺陷(如弧坑、咬边、未焊透及焊缝成形不良等)。(7)焊后进行560600热处理,以提高焊接接头的低温韧性。(8)施焊时,底层第一道焊接电流稍小些,以避免46焊接2006(2)WWW.09MnNiDR.COM龟裂。1.5焊接工艺参数(1)按照上述的工艺措施,经过反复试验,具体制定了以下主要焊接参数(表5)。(2)焊后进行消除应力热处理,处理温度为560600。1.6评定结果以上5块焊接试板经检查合格后,按JB47442000标准的规定进行力学性能试验,拉伸和弯曲试验结果合格,低温冲击试验结果见表6。表5对接接头焊接工艺参数编号母材材质mm焊接方法焊材材质规格dmm焊接电流IA电弧电压UV焊接速度v(cmmin-1)焊接热输入E(kJcm-1)层间温度TS109MnNiDR18焊条电弧焊S209MnNiDR10焊条电弧焊S309MnNiD20焊条电弧焊S409MnNiDR18埋弧焊S509MnNiD20埋弧焊W707Ni3.2W707Ni4.0W707Ni3.2W707Ni4.0W707Ni3.2W707Ni4.0JW-1SJ1014.04.0JW-1SJ1014.04.0105211412.2165231418.0105211810.6165231814.1110211313.4165231319480315017510335019490315017.6525335021100150表6试件冲击试验结果编号母材材质mm焊材材质焊接方法热处理低温冲击吸收功Akv(-70)J焊缝金属热影响区S109MnNiDR18W707Ni焊条电弧焊消除应力43,81,5256,73,69S209MnNiDR10W707Ni焊条电弧焊消除应力20,34,1826,38,47S309MnNiD20W707Ni焊条电弧焊消除应力30,51,4559,67,75S409MnNiDR18JW-1SJ101埋弧焊消除应力45,23,5558,84,62S509MnNiD20JW-1SJ101埋弧焊消除应力46,19,5779,41,582结论(1)Ni能改善铁素体的低温韧性,并具有显著降低钢的冷脆转变温度的作用,采用含镍W707Ni焊条焊接09MnNiDR钢,其低温冲击性能优于W707A焊条。(2)埋弧焊时,选用含锰量较高的焊丝JW-1并