李 琳，邸亞秋，張啊妮，袁黎明，劉維華，汪小華

（陜西西宇無損檢測有限公司，陜西 楊凌712100）

厚板09M nNiDR鋼焊接工藝試驗(yàn)

李 琳，邸亞秋，張啊妮，袁黎明，劉維華，汪小華

（陜西西宇無損檢測有限公司，陜西 楊凌712100）

簡要介紹了國產(chǎn)低合金鋼09MnNiDR的特點(diǎn)，并對其焊接性進(jìn)行了分析。針對陜西西宇無損檢測有限公司承接的某低溫球罐的焊接技術(shù)要求，對56mm厚板09MnNiDR鋼進(jìn)行了焊接工藝評定，通過焊接工藝試驗(yàn)確定本次低溫球罐的焊接工藝參數(shù)。結(jié)果表明，用W707DRQ焊條進(jìn)行焊條電弧焊，焊縫的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，－70℃低溫沖擊韌性已超過規(guī)定值，且有較大的富裕量。

焊接；低溫鋼；09MnNiDR鋼；焊接性分析；焊接工藝試驗(yàn)

09MnNiDR鋼是目前國產(chǎn)低合金鋼中使用溫度最低的鋼種，作為－70℃級0.5Ni低溫鋼代替進(jìn)口低溫鋼材在低溫壓力容器制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。低溫容器不僅要求鋼材本身具有良好的低溫性能，同時(shí)應(yīng)具有良好的制造工藝性能，而且還要求通過焊接、熱處理等加工過程后，焊接接頭也能夠保證良好的低溫韌性。因此，焊接材料的正確選用、焊接規(guī)范及焊后熱處理規(guī)范就顯得尤為重要。本研究針對陜西西宇無損檢測有限公司承接的某低溫球罐的焊接技術(shù)要求，對56mm厚板09MnNiDR鋼進(jìn)行了焊接工藝評定。通過焊接工藝試驗(yàn)確定本次低溫球罐的焊接工藝參數(shù)，為現(xiàn)場的焊接工作提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)，同時(shí)也將為09MnNiDR鋼焊接技術(shù)的提高及匹配焊材的研究提供一些借鑒。

1 09M nNiDR鋼及其焊接性分析

1.1 09MnNiDR鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能

09MnNiDR鋼板已納入GB 3531—2008《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》標(biāo)準(zhǔn)，本次焊接工藝試驗(yàn)用09MnNiDR低溫－70℃級鋼板由江陰興澄特種鋼鐵有限公司生產(chǎn)，供貨狀態(tài)為正火+回火，組織為鐵素體+少量珠光體。其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表2。

表1 09MnNiDR鋼化學(xué)成分

表2 09M nNiDR鋼力學(xué)性能

1.2 09MnNiDR鋼的焊接性分析

焊接熱影響區(qū)的淬硬和冷裂傾向與鋼材的化學(xué)成分有著密切的關(guān)系，在化學(xué)成分中，碳對鋼材的淬硬和冷裂影響最為明顯；通常把各種合金元素對淬硬和冷裂的影響折合成碳的影響，再用碳當(dāng)量公式進(jìn)行計(jì)算。

國際焊接學(xué)會（ⅡW）碳當(dāng)量Ceq（%）公式為

按此公式計(jì)算后Ceq=0.39%。

日本JIS及WES標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為

按此公式計(jì)算后Ceq=0.38%。

09MnNiDR鋼為鐵素體+少量珠光體型低溫用鋼。由于含碳量低，屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，Mn和Ni為其主要合金。Mn主要是通過固溶強(qiáng)化來提高鋼材的強(qiáng)度，而Ni能改善鐵素體的低溫韌性，并且具有明顯降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度的作用。其碳當(dāng)量≤0.44%，淬硬傾向小，不易形成冷裂紋，焊縫具有較好的塑性和韌性，通常無需預(yù)熱。當(dāng)板厚超過一定的厚度、接頭剛性拘束較大或碳當(dāng)量偏高時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)熱。但預(yù)熱溫度不宜過高，否則會使熱影響區(qū)晶粒長大，并在晶界析出氧化物。所以，焊接時(shí)應(yīng)控制焊接線能量和層間溫度，焊后還應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理。

2 匹配焊材的化學(xué)成分及力學(xué)性能

為了確保焊接接頭具有良好的低溫韌性，正確選定焊接材料和正確制訂焊接工藝是十分重要的。本次焊接工藝評定試驗(yàn)的焊接采用焊條電弧焊。焊條選用哈爾濱威爾焊接有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 W707DRQ，φ3.2mm/φ4.0mm焊條，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3和表4。

表3 W707DRQ焊條的化學(xué)成分 %

表4 W707DRQ焊條的力學(xué)性能

3 工藝評定

焊接試驗(yàn)所用母材為09MnNiDR，板厚為56mm，焊接方法為SMAW；焊條牌號W707DRQ，規(guī)格φ3.2mm/φ4.0mm；焊接時(shí)開X形坡口，角度60°±5°。立焊位置焊接，焊接過程如圖1所示。

3.1 焊接規(guī)范

09MnNiDR鋼焊接工藝規(guī)范參數(shù)的合理確定，是保證低溫球罐產(chǎn)品制造質(zhì)量的關(guān)鍵之一。在焊接材料已經(jīng)確定的條件下，焊接接頭的低溫韌性主要取決于焊接工藝。為此，參照低溫鋼的焊接特點(diǎn)，本次焊接工藝評定對焊接線能量，層間溫度及焊后熱處理進(jìn)行了嚴(yán)格的工藝規(guī)范。焊接時(shí)應(yīng)盡量采用小的焊接線能量，預(yù)熱溫度不宜過高，施焊時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制道間溫度小于180℃，并盡可能不連續(xù)施焊，具體焊接工藝參數(shù)見表5。

圖1 X形60°坡口對接焊過程示意圖

3.2 工藝評定結(jié)果

焊接工藝評定執(zhí)行NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)。焊接完成后經(jīng)外觀檢查合格，按JB/T 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲探傷，符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。力學(xué)性能檢測執(zhí)行GB 3531—2014《低溫壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)，檢測結(jié)果見表6。

由表6可以看出，09MnNiDR鋼焊接接頭的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 3531—2014要求，且-70℃低溫沖擊韌性較標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定還有較大的富裕量。

表5 焊接工藝參數(shù)

表6 09M nNiDR鋼焊接接頭的力學(xué)性能

4 結(jié) 論

（1）理論分析結(jié)果表明，09MnNiDR鋼板淬硬傾向不大，在室溫環(huán)境下能避免冷裂紋產(chǎn)生。

（2）嚴(yán)格控制線能量，最大限度減少過熱，焊接時(shí)盡量采用快速多層多道焊，以減少熱輸入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。

（3）適當(dāng)加大坡口角度，以增加焊道數(shù)量，控制每個(gè)焊層厚度≤4 mm，上層焊道與下層焊道中心應(yīng)盡量錯(cuò)開。

（4）用W707DRQ焊條進(jìn)行焊條電弧焊，焊縫的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，-70℃低溫沖擊韌性已超過規(guī)定值，且有較大的富裕量。

［1］王占英，孫長山，馬軼群.09MnNiDR低溫壓力容器的焊接 工 藝 [J]. 焊 接 質(zhì) 量 控 制 與 管 理 ，2004，33 （4）：61-63.

［2］王厚軍.09MnNiDR鋼2萬m3丙烷低溫儲罐的焊接[J].石油工程建設(shè)， 2002， 28（5）： 37-39.

［3］王元華.09MnNiDR鋼的焊接[J].甘肅科技，2007，23（8）： 59-60.

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［5］張志剛.低溫乙烯球罐焊接控制[J].中小企業(yè)管理與科技， 2009（11）： 265-266.

［6］聶萬隆，汪創(chuàng)華，惠洪杰，等.09MnNiDR鋼的工藝試驗(yàn)研究[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)制造工藝，2006（1）：19-21.

［7］肖銀生，秦平剛.09MnNiDR鋼埋弧焊縫低溫韌性的控制研究[J].機(jī)械與土建，2013（4）：255-260.

［8］NB/T 47014—2011，承壓設(shè)備焊接工藝評定[S].

［9］JB/T 4730—2005，承壓設(shè)備無損檢測[S].

［10］GB 3531—2014，低溫壓力容器用鋼板[S].

W elding Procedure Test for Thick W all 09M nNiDR Steel

LILing,DIYaqiu,ZHANG Ani,YUAN Liming,LIUWeihua,WANG Xiaohua
（Shaanxi Xiyu Non-destructive Testing Company,Yangling 712100,Shaanxi,China)

In this article,it briefly introduced the characteristics of domestic low alloy steel 09MnNiDR,and analyzed its weldability.According to the welding technology requirements of some low temperature spherical tank,the welding procedure qualification for 56mm 09MnNiDR steel was carried out,and the welding process parameters for low temperature spherical tank was determined through welding procedure test.The results showed that using W707DRQ electrode to conduct shielded metal arc welding,the weld indicators allmeet design demands,the low temperature impact toughness at－70℃ exceeded the specified value,and there aremajor affluence.

welding;low temperature steel； 09MnNiDR steel;weldability analysis;welding procedure test

TG457.1

B

1001－3938（2015）11-0026-03

李 琳（1987—），女，工學(xué)碩士，專業(yè)工程師，主要從事焊接技術(shù)和焊接培訓(xùn)方面的工作，發(fā)表論文7篇。

2015-05-24

修改稿收稿日期：2015-08-07

謝淑霞