中板09MnNiDR鋼焊接工藝性能試驗

中板09MnNiDR鋼焊接工藝性能試驗摘要通過對09MnNiDR鋼進(jìn)行焊接工藝性能試驗，來獲取滿足-70℃的低溫沖擊韌性的要求。并提出解決09MnNiDR焊接過程中影響其低溫沖擊韌性的因素及采取的工藝措施。關(guān)鍵詞09MnNiDR；焊接工藝性能試驗；-70℃沖擊韌性1前言去年以來我公司陸續(xù)接到09MnNiDR鋼制低溫設(shè)備訂單，基本屬于二類壓力容器。其設(shè)計溫度為-70℃，厚度16~32mm。09MnNiDR屬于低溫壓力容器用鋼板，其最低工作溫度可達(dá)-70℃。按GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼板》和2012年7月11日發(fā)布的1號修改單中要求：熔敷金屬和熱影響區(qū)各取三件V型沖擊試樣，在-70℃下平均沖擊吸收功要求達(dá)到34J，且每組三件試樣中只允許有一件試樣可低于34J，但不得低于24J?？紤]到設(shè)備的結(jié)構(gòu)因素，為提高生產(chǎn)效率決定采用以埋弧機(jī)械化焊為主的焊接方法。但是埋弧焊的焊接熱輸入大，會使焊縫低溫沖擊韌性降低，這對于09MnNiDR低溫鋼的焊接是不利的，因此必須選用合理的焊絲、焊劑匹配，以提高焊接接頭的低溫韌性。209MnNiDR鋼的焊接性分析2.109MnNiDR鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能09MnNiDR鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1及表2表109MnNiDR鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）CSiMnNiPSGB3531標(biāo)準(zhǔn)≤0.120.15~0.501.2~1.60.3~0.8≤0.020≤0.015材料復(fù)驗δ=16mm0.100.311.40.650.0150.005表209MnNiDR鋼的力學(xué)性能板厚mm抗拉強(qiáng)度Rm(N/mm2)屈服強(qiáng)度ReL(N/mm2)伸長率A%180°彎曲試驗彎心直徑?jīng)_擊試驗溫度℃沖擊吸收功KV2JGB3531標(biāo)準(zhǔn)6~16440~57030023d=2a-7034>16~36430~56028023d=2a-7034材料復(fù)驗δ=16mm48030530d=2a-707481762.2焊接性分析由表1可知，09MnNiDR鋼的碳當(dāng)量為0.36%，淬硬傾向不大，室溫下焊接一般不會產(chǎn)生冷裂紋，09MnNiDR鋼在正火狀態(tài)下交貨，其S、P含量控制的極低，也不易產(chǎn)生熱裂紋。09MnNiDR鋼薄板在焊接時，不需要采取特殊工藝。對于中厚板在焊接剛性拘束較大或環(huán)境溫度過低時，在焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。3焊接工藝評定試驗焊接工藝評定試驗標(biāo)準(zhǔn)，按NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行評定，焊接方法為SAW，主要對焊接接頭的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的低溫沖擊韌性進(jìn)行評定試驗。3.1焊接工藝評定試驗的選材3.1.1焊劑的選擇焊劑的堿度對低溫韌性影響較大。焊縫中的氧化物是降低沖擊韌性的主要夾雜物，降低焊縫中的含氧量可以明顯的提高其韌性，而焊縫金屬中的含氧量與焊劑堿度有關(guān)，焊劑的堿度越大，焊縫中的含氧量越低，焊縫金屬的沖擊韌性就越高，因此酸性焊劑不能用于低溫鋼的焊接，焊劑中的S、P含量也應(yīng)嚴(yán)格控制。SJ208DR(由哈爾濱威爾焊接有限責(zé)任公司提供，符合AWSA5.23E7P10標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)是氟堿性焊劑，高堿度低氫性燒結(jié)焊劑，焊劑中的堿性氧化物CaO+MgO含量較多，焊接的堿度為2.0~3.0。且S、P含量較低。SJ208DR還具有松裝密度小、熔點高等特點，適用于大熱輸入焊接，冶金效果好等優(yōu)點，焊縫和熱影響區(qū)能獲得較好的強(qiáng)度、塑性和韌性配合的優(yōu)點。SJ208DR成分見表3。表3SJ208DR焊劑的堿度及成分（%）堿度SiO2+TiO2CaO+MgOAl2O3+MnOCaF2SP2.0~3.018~2425~3220~2220~24≤0.015≤0.0253.1.2焊絲的選擇埋弧焊絲的選擇既要考慮焊劑成分的影響，又要考慮母材成分的影響。為達(dá)到所要求的焊縫金屬成分和力學(xué)性能，特別是低溫沖擊韌性,故考慮選用H09MnNiDR焊絲，該焊絲屬高Ni焊絲，Ni元素可顯著提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性，通過焊劑對焊縫金屬的合金元素補(bǔ)給，從而能確保焊縫金屬的化學(xué)成分，以保證焊接接頭的力學(xué)性能和低溫沖擊韌性。H09MnNiDR焊絲化學(xué)成分及熔敷金屬力學(xué)性能見表4及表5。表4H09MnNiDR焊絲化學(xué)成分CSiMnNiPS0.0450.161.43.550.0060.007表5H08MnNiMoA焊絲與焊劑SJ208DR配合的熔敷金屬力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度Rm(N/mm2)屈服強(qiáng)度ReL(N/mm2)伸長率A%沖擊試驗溫度℃沖擊吸收功KV2J51542031-70124/102/1563.2工藝措施根據(jù)09MnNiDR鋼的焊接特點，采取以下工藝措施：3.2.1嚴(yán)格控制焊接線能量嚴(yán)格控制焊接線能量，最大限度地減少過熱，焊接時盡量采用快速多層多道焊，以減少熱輸入量，并利用后一道對前一道焊的熱作用，達(dá)到細(xì)化晶粒的效果，施焊時還應(yīng)嚴(yán)格控制道間溫度小于150℃，并盡可能地不連續(xù)施焊。3.2.2適當(dāng)加大坡口角度，以增加焊道數(shù)量。3.2.3嚴(yán)格控制焊道厚度，控制在≤4mm。3.2.4避免產(chǎn)生弧坑、咬邊、未焊透及焊縫成形不良等缺陷。3.3工藝評定試驗3.3.1焊接工藝參數(shù)的選擇在工藝措施制定完成后，根據(jù)工藝評定標(biāo)準(zhǔn)，確定合適的覆蓋范圍，并結(jié)合我公司的實際情況進(jìn)行評定，評定標(biāo)準(zhǔn)為NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》按照上述工藝措施，經(jīng)反復(fù)試驗，確定了焊接工藝參數(shù)。焊接工藝參數(shù)見表6。表6焊接工藝參數(shù)母材規(guī)格（mm）焊接方法焊材電流（A）電壓（V）焊接速度cm/min線能量（KJ/cm）道間溫度（℃）預(yù)熱溫度（℃）δ=16SAWH09MnNiDR+SJ208DR400~50030~3245~50≤35.5150室溫3.3.2焊接坡口的選擇焊縫坡口的選擇如下圖圖1焊縫坡口3.4工藝評定試件焊后經(jīng)外觀檢查及射線探傷，然后進(jìn)行580℃，保溫3小時的高溫回火熱處理。3.5試驗結(jié)果以上工藝評定試件按NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行力學(xué)性能試驗，拉伸和彎曲試驗結(jié)果合格，低溫沖擊試驗結(jié)果見表7表7夏比V形沖擊結(jié)果試件編號低溫沖擊吸收功KV2J（-70℃）焊縫區(qū)熱影響區(qū)1669625383359794結(jié)論4.1公司選用的H09MnNiDR+SJ208DR在焊接09