低溫鋼的焊接

通常把-10~-196℃的溫度范圍稱為“低溫”(我國(guó)從-40℃算起),低于-196℃時(shí)稱為“超低溫”。低溫鋼主要是為了適應(yīng)能源、石油化工等產(chǎn)業(yè)部門(mén)的需要而迅速發(fā)展起來(lái)的一種專用鋼。低溫鋼要求在低溫工作條件下具有足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性,同時(shí)應(yīng)具有良好的加工性能,主要用于制造-20~-253℃低溫下工作的焊接結(jié)構(gòu),如貯存和運(yùn)輸各類液化氣體的容器等。

1焊接方法及熱輸入的選擇

常用的焊接方法有焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊。

低合金低溫用鋼焊接時(shí),為避免焊縫金屬及近縫區(qū)形成粗大組織而盡量不擺動(dòng),采用窄焊道、多道多層焊,焊接電流不宜過(guò)大,宜用快速多道焊以減輕焊道過(guò)熱,并通過(guò)多層焊的重?zé)嶙饔眉?xì)化晶粒。多道焊時(shí),要控制道間溫度,應(yīng)采用小的熱輸入施焊,控制在20KJ/cm以下。如果需要預(yù)熱,應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度及多層多道焊時(shí)的道間溫度。

焊接線能量也叫焊接熱輸入,是單位長(zhǎng)度焊縫得到的焊接電弧熱量。

公式   E=U?I/v(焦耳/厘米) 其中U:電弧電壓(伏特),I:焊接電流(安培),v:焊接速度(厘米/分)。

焊接線能量是影響焊接接機(jī)械頭性能的重要因素。當(dāng)焊接電流、電弧電壓增大時(shí),焊接線能量增大,當(dāng)焊接速度減小時(shí),焊接線能量增大。

對(duì)于低溫鋼,焊接線能量過(guò)大,接頭韌性的下降更為嚴(yán)重,使壓力容器在低溫狀況下運(yùn)行時(shí)易發(fā)生瞬間的破壞。所以焊接時(shí),要嚴(yán)格控制焊接電流、電弧電壓、焊接速度,保證焊接接頭的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

2低溫鋼的焊接特點(diǎn)及其工藝措施

低溫鋼由于含碳量低,其淬硬傾向和冷裂傾向小,具有良好的焊接性。但是過(guò)大的焊接線能量會(huì)使焊縫及熱影響區(qū)形成粗晶組織而使低溫韌性大為降低,結(jié)構(gòu)的突變及制造中的強(qiáng)力組對(duì)會(huì)使結(jié)構(gòu)的局部產(chǎn)生高的應(yīng)力,從而增大設(shè)備在低溫狀態(tài)下的脆性破壞。 為此,在焊接過(guò)程中應(yīng)做到以下幾點(diǎn):

⑴采用小的焊接線能量,最大限度的減少過(guò)熱,防止在焊接接頭上出現(xiàn)粗大的組織。焊條電弧焊常采用12-15KJ/cm,埋弧焊通常為20KJ/cm。為此焊條電弧焊盡量不用φ5焊條,埋弧自動(dòng)焊多選用φ3.2焊絲,焊條電弧焊每層約2mm,埋弧自動(dòng)焊約2.5mm。

⑵采用直焊道,多道快速壓焊。目的是為了減少過(guò)熱和后一焊道對(duì)前一焊道有回火作用,使晶粒細(xì)化。

⑶避免強(qiáng)力組對(duì),使結(jié)構(gòu)局部不產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。

⑷盡可能降低焊道間的層間溫度,避免焊道長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài),盡量做到不連續(xù)施焊。

⑸通常選用超低氫焊條及焊劑,所以在焊前要嚴(yán)格按烘干制度進(jìn)行烘干處理,領(lǐng)用的焊條超過(guò)4小時(shí)未用完,應(yīng)返回二級(jí)庫(kù)重新烘干再使用。另外對(duì)于低溫鋼焊條,使用前要按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熔敷金屬擴(kuò)散氫復(fù)驗(yàn),通常采用水銀法,按GB/T3965-2012 執(zhí)行,合標(biāo)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

⑹ 在冬季施工及厚度較大的結(jié)構(gòu),應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行預(yù)熱,至少預(yù)熱到15℃以上。對(duì)于大厚板焊接,預(yù)熱溫度一般為50℃,道間溫度控制在50~150℃之間。

(7)引弧須采用引弧板或在坡口內(nèi)引弧,不得在非焊接部位引弧。

(8)低溫鋼焊后消除應(yīng)力熱處理可以降低低合金鋼焊接產(chǎn)品的脆斷危險(xiǎn)性。

常用低溫鋼焊接材料的選擇

16MnDR:  

J507GR,J507RH,——E5015-G或E5016-G H10Mn2 SJ101——F5P4-H10Mn2  09MnNiDR:

W707Ni,W807Ni——E5515-N5 E7015-C1L,E7016-C1L F7P7-ENi2-Ni2

H07MnNDR SJ603W——F5P7-H07MnNiDR 08Ni3DR:對(duì)于溫度低于-100℃,一般選進(jìn)口焊材 E7015-C2L,E7016-C2L F7P15-ENi3-Ni3

SA-203 Gr.D 是ASME材料,要求-101℃沖擊  E7016-C2L F7P15-ENi3-Ni3

低溫壓力容器的焊接檢驗(yàn)

1、 固規(guī)要求:對(duì)于設(shè)計(jì)溫度低于-40℃的低合金鋼制低溫壓力容器上的焊接接頭要進(jìn)行100%MT檢測(cè),按JB/T4730.4-2005 I級(jí)合格。

2、 如設(shè)計(jì)執(zhí)行HG20584,對(duì)于有超聲檢測(cè)要求的低溫鋼材的焊接,坡口表面及清根后的坡口表面應(yīng)進(jìn)行100%MT檢則,按JB/T4730.5-2005 I級(jí)合格。

3、 低溫下由缺陷引起的應(yīng)力集中將增大結(jié)構(gòu)低溫脆性破坡傾向。應(yīng)注意避免弧坑、未熔透及焊縫成型不良等缺陷。通常用情況下,焊縫余高盡量減少,有時(shí)要求焊后磨平;角接接頭應(yīng)圓滑,不允許向外凸起,焊縫圓滑度差或成型不良者必須打磨;焊縫邊緣不得存在咬邊。

4、 低溫容器表面不得采用鋼印標(biāo)記。