制甲醇用低溫壓力容器的焊接

經(jīng)驗交流制甲醇用低溫壓力容器的焊接楊志軍,王日晗,郭焱霞(錦西化工機械(集團)有限責任公司,遼寧葫蘆島125001)摘要:通過(guò)對國產(chǎn)09MnNiDR及采用ASME規范的SA203 -D等低溫材料的焊接試驗及生產(chǎn)應用,闡述了控制焊接線(xiàn)能量對低溫鋼焊接的重要性。關(guān)鍵詞:低溫鋼;焊接材料;焊接工藝評定試驗;焊接制造中圖分類(lèi)號:TG113.26文獻標識碼:B文章 編號:1001 - 4837(2008)04 -0049 -04Welding of Low - temperature Pressure VesselUsed for Producing MethanolYANG Zhi - jun, WANG Ri - han,GUO Yan - xia(Jinxi Chemical Machinery( Croup)Co. ,Ltd. ,Huludao 125001 ,China )Abstract: After the test and manufacture of the low - temperature material, such as domestic material09MnNiDR and ASME Code material SA203 - D, we acknowledge the character of the low - temperaturesteel and we also find the reliable problems ocurred during welding. This text emphasized the importantpoint during welding.Key words:low - temperature seel; welding material; welding process speification tet; welding manu-facture著(zhù)。低溫鋼在回火時(shí),沿晶會(huì )有碳化物析出分布,回1前言火溫度高會(huì )使碳化物長(cháng)大而影響低溫沖擊韌性。某公司近期承接了一批制甲醇用低溫壓力容器低溫鋼主要用于低溫下工作的壓力容器、管道設備的制造任務(wù),其中甲醇洗滌塔是目前國內采用等,工作溫度常在-20 C以下。低溫鋼主要分不含09MnNiDR材料制造的容積最大的低溫壓力容器設Ni及含Ni兩大類(lèi),對低溫鋼的主要性能要求是保備,設計溫度最低為-70 C。還有采用ASME規范證在使用溫度下具有足夠的韌性及抵抗脆斷破壞的材料SA203 - D(名義使用溫度為- 101 C)制造的能力。低溫用鋼一般是合金元素的固溶強化和晶粒-些塔設備。細化,并通過(guò)正火或正火加回火(調質(zhì)處理)處理細化晶粒.均勻組織,而獲得良好的低溫韌性。2材料低溫鋼中的Ni,Mn等元素可抑制脆性轉變溫度的提高,對材料保持好的低溫沖擊性能有利。而設備用板材的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表C,P,S,Si,0等則會(huì )提高脆性轉變溫度,對材料的低1,2所示,焊材的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表3,4溫沖擊韌性產(chǎn)生不利影響,其中C,P的影響尤為顯所示。.49.CPVT制甲醇用低溫壓力容器的焊接Vol25. No4 2008表1設備用板材的化學(xué)成分化學(xué)成分(% )材料CMnSiV_Al_NNbs__P標準值O9MnNiDR≤0. 121.2-1.6 0.15~0.6≥0.015 0.3~0.8 ≤0.04 | ≤0.020≤0.025 .SA203-D | ≤0.17|≤0.70.15 ~0.3- _ .3.25~3.75一≤0.040 ≤0. 035實(shí)際值09MnNiDR 0. 0841.420.320.00060.020.780.010.009SA203-D| 0.070.660.20.0053.590.008表2設備用板材的力學(xué)性能力學(xué)性能項目材料名稱(chēng)σ,( MPa)σ。( MPa)8.(%)Axv(J)09MnNiDR≥260430 -560≥23≥27( -70 C)SA203- D≥255450 ~ 585≥24≥34( -101 C)3534535260,266 ,272( -70 C)SA203-D3265433147 ,38.49( -101 C)表3焊材的化學(xué)成分化學(xué)成分(%)焊材牌號_NiCrCuW707Ni≤0.05 <1.25≤0.5≤0.035|≤0.035 2.0-2.75一-HO7MnNiDR, ,SJ603W|≤0. 100.7-1.2≤0.3≤0.01≤0.015≥3.0≤0. 35E7016 - C2L≤0.05|≤1.25≤0.03≤0.03 3.0~3.75F7PI5 - ENi3 - Ni3≤0.12≤1.6≤0.8≤0.0252.8~3.8≤0. 150.070.790.210.0030.0112.37H07MnNiDR, SJ603w 0.030.750.0040. 008.3. 540.03E7016- C2L0.047 0. 6160. 2280.01 .3. 7360. 0490.023F7PI5- EN3-Ni30.047 0.9120.0073. 2560. 0290. 053表4焊材熔敷金屬的力學(xué)性能項目.σs( MPa)8(%) .≥460≥550≥I9≥47(-70 C)HO7MnNiDR , SJ603W≥380480 -650≥22≥390≥480≥25≥41( -101 C)F7P15 - ENi3 - Ni3≥400480 ~ 660≥41(-101 C)51060027.596,95,88( - 70 C)H07MnNiDR. ,SJ603W430303120,142,115( -70 C)4329633.7152 ,139,141( -101 C)F7PI5- ENi3 - Ni34644929.8103 ,68,83( -101 C)一~焊接電流,A3焊接工藝評定U_ - -電弧電壓,V焊接速度, cm/s焊接過(guò)程中主要影響低溫鋼焊接接頭晶粒度、-電弧有效功率系數,埋弧焊取0.85,焊.最終影響低溫沖擊韌性的工藝因素為焊接線(xiàn)能量。條電弧焊取0.8焊接線(xiàn)能量的公式:由此公式可看出:焊接電流電弧電壓增大,焊E =ηIU/v接速度減小會(huì )使焊接線(xiàn)能量值增大,使焊縫冷卻凝式中E-焊接線(xiàn)能量 ,kJ/cm固緩慢,焊縫的厚度、寬度增加,焊縫組織變得粗大,●50.第25卷第4期壓力容器總第185期焊縫晶粒間會(huì )有連續的碳化物析出分布,晶界間的cm,埋弧焊時(shí)線(xiàn)能量最大不宜超過(guò)35 kJ/cm。結合力降低,最終使低溫沖擊韌性顯著(zhù)降低。相反，據此,編制了焊接工藝指導書(shū),針對低溫鋼材料焊接電流.電弧電壓減小，焊接速度加快則有利于焊的特點(diǎn)做了不同焊接方法的焊接工藝評定試驗。采縫獲得細晶粒度,從而保證焊縫具有良好的低溫用多層多道焊的方法焊接工藝評定試板。埋弧焊較韌性。焊條電弧焊有較高的焊接效率,但是單層焊縫厚度另外,新焊縫對上一層焊縫有回火作用,正常線(xiàn)較大,會(huì )弱化焊道間的回火作用。為此,在制定方案能量的回火作用會(huì )使上一層焊縫的晶粒細化，改善時(shí)將板材厚度在16mm以上的對接焊縫采用埋弧性能。而大的線(xiàn)能量會(huì )造成回火溫度高,降低低溫焊,16 mm以下的采用焊條電弧焊。焊接工藝評定沖擊韌性。據相關(guān)資料介紹",對于低溫鋼的焊試板經(jīng)過(guò)消應力熱處理后,對試板取試樣進(jìn)行了力接,采用焊條電弧焊時(shí)線(xiàn)能量最大不宜超過(guò)20 kJ/學(xué)性能試驗 ,各項數據見(jiàn)表5,6。表5焊接工藝評定規范參 數試板|厚度焊接燁接焊材焊接電弧(mm)|方法.層材料規格電流電壓速度線(xiàn)能量| 焊后熱處理(mm)| (A)(V)( kJ/cm)H07MnNiDR52SAW|2SJ603W04| 450-520 32~34| 26~28m/h 16~21| 消應力W707NiSMA130-160 22 ~2414- 19 cm/min 9- 1609MnNiDR4010HO7MnNiDR04500~550 30~32| 26~28 m/h16~19消應力6SMAW| 704| 140~160 22~24 14~19 cn/min| 9~16 .消應力.8(Ar+CO2)GMAW|;HS09MnNiDR 01.2| 160~180 28 -30 |18 ~27 cm/min | 10~1818| 8 |F7PI5- ENi3- Ni3 03.2| 380~420 28~30 26 ~28 m/h12~16↑消應力7 F7PI5 -ENi3-Ni303.2| 380-420 | 28-30 26 ~28 m/h12~16SA203 - D|7HSO9MnNiDR| 01.2| 160-180 | 28~30 18 ~26 cm/min10-18|消應力:Ar+CO2)14SMAWE7016 - C2L)4| 140 ~150 22 ~2414~19cm/min9~1605160- 19022 ~2411-19表6焊接工藝評定力學(xué)性能沖擊功Av(J)試板材料厚度焊接方法抗拉強度側彎(09MnNiDR: - 70C ,SA203 - D: - 101C )硬度HV(mm)σ(MPa)焊縫熱影響區( HAZ)母材HAZ焊縫478 ,468無(wú)裂紋188,156,90/145 231 ,253 ,278/254134137137 .467 ,47077 ,36 ,65/59115 ,36 ,96/82541,540無(wú)裂紋73 ,60,47/60190 ,216, 176/19416512,512|無(wú)裂紋| 180,60 ,94/111185 ,205 , 194/195CMAW486,486|無(wú)裂紋| 134,156,147/146| 141 ,113,146/133143148149; Ar+CO2)|512,528無(wú)裂紋| 96 ,84,120/100240 ,35 ,198/1586|555,53無(wú)裂紋80,78 ,54/7144,129,137/103 ,155170167SA203-D520,523|無(wú)裂紋| 73 ,78 , 107/86118,179,173/157 154161172( Ar+ CO2)548.550無(wú)裂紋90.92 ,87/90230,199 ,200/2106670采用較小的線(xiàn)能量所得到的焊縫窄且薄,整個(gè)焊縫寬度.上的余高均勻,而采用大線(xiàn)能量焊接的焊.51 .CPVT制甲醇用低溫壓力容器的焊接Vol25. No4 2008縫寬且厚,焊縫中部的余高較兩側有較大的凸起,晶增大,焊接速度的逐漸減小,焊縫寬度及厚度也會(huì )增粒粗大,性能變差。以埋弧焊為例進(jìn)行實(shí)測,焊接電加。當焊縫寬度為35mm時(shí),焊接電流、電弧電壓流、電弧電壓及焊接速度對焊縫尺寸的影響見(jiàn)表7。范圍已遠超出工藝的 要求,線(xiàn)能量也超出最大允許表7不同線(xiàn)能量時(shí)焊縫寬度、厚度對照值2倍以上。對09MnNiDR材料專(zhuān)門(mén)按大規范(線(xiàn)能量為40焊絲焊接電弧|焊接焊縫|焊縫|焊接直徑電流電壓速度寬度|厚度|線(xiàn)能量kJ)和正常規范(線(xiàn)能量為21 kJ)焊接了焊接試板。(mm)| (A)| (V) | (m/h)|( mm) | ( mm) | ( kJ/cm)從表8可見(jiàn),采用正常規范的焊接試板焊縫沖500 30~32 23218擊功數值高,而采用大規范焊接的焊接試板沖擊功550 32~34| 26| 15.5| 2.521就很低,達不到合格指標。從硬度上可以看出,兩者600 34~36 26| 16.525之間沒(méi)有大的差別。對大規范焊接的試樣進(jìn)行金相650 34~36 | 26827分析,發(fā)現在晶界上有較多的碳化物析出。.500 30~32| 20162.524550 32-34 209264焊接生產(chǎn)600 34-36 20 20.5 332650 34~36 203.535700 |38 -4015根據焊接工藝評定試驗的結果編制了焊接工藝由表7可以看出,隨焊接電流、電弧電壓的不斷規程,對車(chē)間焊工進(jìn)行了培訓.考試，取得了相應的表8 不同焊接線(xiàn)能量下的低溫沖擊韌性及硬度值-70 C沖擊功Agv(J)硬度HV厚度試板材料焊接線(xiàn)能量(mm)焊接方法.焊縫熱影響區( HAZ)母材HAZ09MnNiDR正常22SAW156. ,24,154261 ,259 ,25114316382大SAW .18,26 ,44248 ,250 ,23714816779資格證。焊條、焊劑的使用嚴格按照要求進(jìn)行,領(lǐng)用量,保證焊接接頭具有好的力學(xué)性能和細的晶粒度,的焊條不能在4 h內用完，剩余焊條或焊劑必須退使晶界上不析出連續的碳化物。庫重新烘干。焊接過(guò)程中嚴格執行焊接工藝規程,(3)正確使用焊材,不符合烘干規定的焊材不確保層間溫度小于120 C,防止焊接接頭產(chǎn)生過(guò)熱.得使用,并保證在4 h之內用完,否則必須重新烘現象。加強過(guò)程中的控制,嚴格工藝紀律,對違反工干,盡量減少氫對焊縫質(zhì)量的影響。藝紀律的行為立即予以糾正,保證焊接質(zhì)量。參考文獻:5結論[1] 中國機械工程學(xué)會(huì )焊接學(xué)會(huì ).焊接手冊(第2卷材料.的焊接)[ M].北京:機械工業(yè)出版社,2001.由文中的數據和分析可以看出:低溫鋼焊接質(zhì).[2]王增 新.壓力容器制造與修理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出量的好壞會(huì )直接影響到壓力容器設備在低溫工況下版社,2006.的正常運行,在設備的焊接過(guò)程中,每一個(gè)工序、每[3]陳劍虹. 焊接手冊第二分冊[ M]北京:機械工業(yè)出版一個(gè)相關(guān)的工作人員都要嚴格把關(guān),才能確保有良社,2001. .好的焊接質(zhì)量。低溫壓力容器設備焊接工作中,必須做到以下幾點(diǎn):收稿日期:2008 -03 -26(1)首先從思想上真正的重視,加強理論知識作者簡(jiǎn)介:楊志軍(1966-),男,工程師,錦西化工機械(集的學(xué)習,對圖紙、工藝要求充分理解;團)有限責任公司質(zhì)量檢查處處長(cháng),通訊地址:遼寧省葫蘆島(2)在滿(mǎn)足工藝性能的前提下,采用小的線(xiàn)能市連山區化機路25號。.●52.