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        低溫9Ni 鋼的焊接工藝研究

        2021-05-06 03:14:50呂仲光安鈞洳趙思琪何世軍
        石油工程建設(shè) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:電弧焊弧焊焊條

        呂仲光,安鈞洳,趙思琪,何世軍

        中石油第二建設(shè)有限公司,甘肅蘭州730060

        由于9Ni 鋼成本低、強(qiáng)度高且具有更好的綜合力學(xué)性能,尤其是具有優(yōu)異的低溫韌性,因而是唯一可以在-196 ℃使用的鐵素體低溫用鋼。目前9Ni 鋼已逐漸取代了Ni-Cr 不銹鋼而成為低溫儲(chǔ)罐的主材。由于在低溫儲(chǔ)罐的制作過(guò)程中9Ni鋼材料的焊接十分關(guān)鍵,因此針對(duì)9Ni 鋼材料,就其焊接方法、焊接材料、焊接熱輸入對(duì)焊接工藝的影響進(jìn)行了多次工藝試驗(yàn)研究,以期為相關(guān)的焊接施工提供依據(jù)。

        1 試驗(yàn)材料的選擇[1-2]

        (1) 母材選擇。選用國(guó)內(nèi)06Ni9 和國(guó)外X07Ni9 鋼材,06Ni9 鋼材厚度分別為9、14、22 mm,X07Ni9 鋼材厚度為12 mm,材料化學(xué)成分見表1,力學(xué)性能見表2。

        (2) 試驗(yàn)用焊接材料。電弧焊焊條選用ENiCrMo-3,焊條直徑為3.2、4.0 mm;埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊焊絲選用ERNiCrMo-4,埋弧焊焊絲直徑為3.2 mm,鎢極氣體保護(hù)焊焊絲直徑為2.0 mm,熔化極氣體保護(hù)焊焊絲直徑為1.2 mm。上述焊接材料的化學(xué)成分見表3。

        表1 母材化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位:%

        表2 母材力學(xué)性能(實(shí)測(cè)值)

        表3 焊接材料化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位:%

        2 焊接方法及焊接位置的選擇

        (1) 選用的焊接方法及特點(diǎn)[3]。一是選用焊條電弧焊(SMAW),其特點(diǎn)是工藝靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、熱影響區(qū)較小、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、勞動(dòng)條件差、生產(chǎn)率低;二是選用熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW),其特點(diǎn)是生產(chǎn)率高、易于實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的自動(dòng)化、操作靈活、抗風(fēng)能力差;三是選用埋弧焊(SAW),其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)條件好、設(shè)備復(fù)雜、難焊易氧化金屬、受焊件空間位置的限制;四是選用手工鎢極氬弧焊(GTAW),其特點(diǎn)是電弧穩(wěn)定、保護(hù)效果好、焊接質(zhì)量高、易于全位置焊接、可焊材質(zhì)范圍廣、抗風(fēng)能力差、效率低。

        (2) 焊接位置的確定。根據(jù)NB 47014—2011焊接位置的覆蓋要求、現(xiàn)場(chǎng)施工的具體情況及各種焊接方法的特點(diǎn),確定各種焊接方法的焊接位置。焊條電弧焊(SMAW) 采用平焊、立焊位置;熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)、埋弧焊(SAW) 采用橫焊位置;手工鎢極氬弧焊(GTAW) 采用立焊位置。

        3 焊接工藝

        3.1 坡口形式

        坡口如圖1 所示[4],坡口角度要考慮盡量減少熔合比,坡口角度α=70°±2°(橫焊時(shí),上坡口角度40°~45°、下坡口角度25°~30°),坡口間隙b=3.0 ~3.5 mm,坡口鈍邊p=0.5~1.5 mm。

        圖1 坡口形式

        3.2 焊接工藝參數(shù)

        分別對(duì)國(guó)內(nèi)06Ni9 和國(guó)外X07Ni9 鋼材料進(jìn)行焊條電弧焊(SMAW)、熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)、手工鎢極氬弧焊(GTAW) 工藝試驗(yàn),焊接時(shí)層間溫度控制在100℃以下,具體的焊接參數(shù)見表4。

        表4 各種焊接方法的焊接工藝參數(shù)

        3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

        (1) 外觀及RT 射線檢測(cè)。試驗(yàn)試件的焊縫經(jīng)外觀檢查均符合相關(guān)技術(shù)要求,試件進(jìn)行100%RT 射線探傷,并按照NB/T 47013.2—2015 進(jìn)行評(píng)定,評(píng)定結(jié)果全部為合格并達(dá)到Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

        (2) 焊接接頭力學(xué)性能檢測(cè)。按NB/T47014—2011[5]工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接接頭的機(jī)械性能檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果見表5。從表5 可以看出:試驗(yàn)試件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度值均合格,即符合標(biāo)準(zhǔn)要求,彎曲試驗(yàn)也全部合格;焊接接頭焊縫區(qū)、熱影響區(qū)硬度與母材區(qū)接近,滿足工藝要求;由于三組試件的焊接熱輸入控制較為合理,因此沖擊值滿足試驗(yàn)要求。

        表5 焊接接頭的力學(xué)性能

        4 結(jié)束語(yǔ)

        (1) 對(duì)國(guó)內(nèi)06Ni9 和國(guó)外X07Ni9 鋼材料采用不同焊接方法進(jìn)行焊接的工藝試驗(yàn)表明,焊條電弧焊(SMAW)、熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)、手工鎢極氬弧焊(GTAW) 焊接方法均可用于焊接9Ni 鋼材料。

        (2) 對(duì)各種焊接方法的工藝參數(shù)進(jìn)行分析表明,焊接熱輸入的大小對(duì)試件-196 ℃沖擊值的影響較大,焊接時(shí)應(yīng)采用多層多道焊,嚴(yán)格控制焊接熱輸入。

        (3) 適當(dāng)控制熔合比以減少母材金屬對(duì)熔敷金屬的稀釋率,從而減少馬氏體的存在。

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