張思宇，胡冰，張江楠，任鶴

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110021）

近年來，為了適應現(xiàn)代化工業(yè)生產要求，大型離心壓縮機的需求越來越明顯，如在石油化工行業(yè)大型乙烯機已經達到年產100 萬噸的常用水平，空分壓縮機達到10 萬Nm3/h 的水平及以上，壓縮機用于深海海洋煉油、最近幾年，美國發(fā)展的大型頁巖油用壓縮機等。在一般情況下，厚度達到40mm厚的鋼板就已經算是鋼板了，在厚度進一步提升到60mm 厚的鋼板就可以算得上是超厚板，本可以研究的材料（09MnNiDR的實件厚度都達到350mm 厚）。在本人查閱的相關文獻中都尚屬首次。為了進軍現(xiàn)在的國際市場，滿足API 的相關國際標準對我廠離心壓縮機焊接機殼的制造相關要求，其中MCL機殼中分面法蘭材料，在滿足API 體系及ASME 標準的前提下，完成焊接工藝評定。

1 研究內容

針對MCL 機殼中分面法蘭材料，09MnNiD 材料焊縫厚度400mm，焊接試件厚度要達到300mm 以上。

（1）研究方法：依據ASME 中關于第IX 卷焊接工藝評定的標準要求，對09MnNiD、材料進行分析與研究。

（2）試驗方案：通過查閱相關的資料結合對于以前相關工藝的借鑒，制定合理的焊接參數，通過過程控制完成完整合理的焊接工藝評定，得到符合要求的試驗結果，輸出相關文件，實現(xiàn)各項技術指標。

（3）實施方案：首先，閱讀ASME 關于焊接接頭要求的標準制定焊接工藝實施評定指導書，考慮后續(xù)發(fā)展及生產現(xiàn)狀，合理制定各項參數。其次，利用中分面法蘭鍛件余料下料準備焊接試板，焊后根據不同母材的不同材料進行焊后熱處理。通過采用UT 無損檢測，最后進行力學性能的相關實驗。

（4）可行性分析：各項焊接工藝評定在焊接操作、焊后的熱處理、焊后無損探傷、性能試件的理化試驗過程中，需要工藝人員按照ASME 標準控制各工序進行。

（5）結果分析：從焊縫的性能和組織兩個方面進行分析。性能根據試驗的結果，找到超厚焊縫性能的變化規(guī)律。組織分析通過體式金相顯微鏡觀察受多次焊接熱循環(huán)作用的焊縫微觀組織，研究相關組織對于材料力學性能的影響。

（6）結果輸出：根據試驗結果輸出滿足API 體系ASME標準的PQR 及WPS。提交相關的焊接工藝評定資料及實驗結果數據分析、總結報告并存檔應用于生產實際。

超厚09MnNiDR 焊接試驗板的焊接接頭性能分析，母材的化學成分，見表1。

焊接試板的熱處理：焊接實驗板在焊后尚有余溫的情況下，利用燃氣消應力爐進行消應力處理。消應力工藝見圖1。

圖1 09MnNiDR 焊后消應力退火熱處理工藝曲線

2 性能試驗

（1）09MnNiDR 材料焊接工藝評定取樣為14 層，每層厚度均為20mm，力學性能試驗結果分別材料焊接接頭拉伸力學性能，共有試件14 組，28 件，最小的屈服強度在300MPa，抗拉強度515MPa，完全滿足材料的性能要求。

（2）09MnNiDR 材料的彎曲性能，同樣是14 組共28 件，試驗側彎180°，彎軸直徑38mm，所有側彎試件均為出現(xiàn)裂紋，全部合格。

（3）09MnNiDR 材料的焊縫及熱影響區(qū)-70℃沖擊韌試驗，V 口，共28 組共84 個試件，最低的沖擊韌性在68J，完全滿足了對材料低溫韌性的要求。

表1 09MnNiD 鋼的化學成分(質量分數，%)

（4）金相分析，選取不同層次進行金相分析焊縫熱影響區(qū)母材不同位置的金相照片如圖2。

圖2 不同位置組織結構

3 結果分析

實際生產中，材料的低溫沖擊性能往往是最被關注的，往往熱影響區(qū)是焊縫的最薄弱環(huán)節(jié)，圖3 為09MnNiD 與壓縮機常用材料的材料熱影響區(qū)沖擊功對比圖，可以看出，09MnNiD 焊接熱影響區(qū)的沖擊功都遠大于標準值，甚至高于最常用的Q345R，熱影響區(qū)的性能能滿足要求。

圖3 09MnNiD 與常用材料熱影響區(qū)沖擊功對比圖

4 結語

（1）試驗選取的材料超大厚度焊接試板經焊接工藝評定均合格，在滿足ASME IV 卷要求下，產品焊縫所能覆蓋的厚度為：09MnNiD 400mm。

（2）形成了09MnNiD 的焊接工藝評定報告（PQR）及焊接工藝文件焊接工藝指導書（WPS），此WPS 已在120 萬噸乙烯產品中應用，該產品已經于交付客戶使用。

（3）通過對焊接不同層數下，焊接熱輸入及對力學性能及金相組織的對比分析，得出采用混合氣體保護焊的過程中必須嚴格控制熱輸入量，才能獲得更好的焊接接頭性能。

（4）通過本項目輸出的焊接工藝評定報告已經過API年審驗證通過，試驗所選方案及結果符合API 要求，為集團公司后續(xù)發(fā)展做了重要的技術儲備。