制甲醇用低温压力容器的焊接

经验交流制甲醇用低温压力容器的焊接杨志军,王日晗,郭焱霞(锦西化工机械(集团)有限责任公司,辽宁葫芦岛125001)摘要:通过对国产09MnNiDR及采用ASME规范的SA203 -D等低温材料的焊接试验及生产应用,阐述了控制焊接线能量对低温钢焊接的重要性。关键词:低温钢;焊接材料;焊接工艺评定试验;焊接制造中图分类号:TG113.26文献标识码:B文章 编号:1001 - 4837(2008)04 -0049 -04Welding of Low - temperature Pressure VesselUsed for Producing MethanolYANG Zhi - jun, WANG Ri - han,GUO Yan - xia(Jinxi Chemical Machinery( Croup)Co. ,Ltd. ,Huludao 125001 ,China )Abstract: After the test and manufacture of the low - temperature material, such as domestic material09MnNiDR and ASME Code material SA203 - D, we acknowledge the character of the low - temperaturesteel and we also find the reliable problems ocurred during welding. This text emphasized the importantpoint during welding.Key words:low - temperature seel; welding material; welding process speification tet; welding manu-facture著。低温钢在回火时,沿晶会有碳化物析出分布,回1前言火温度高会使碳化物长大而影响低温冲击韧性。某公司近期承接了一批制甲醇用低温压力容器低温钢主要用于低温下工作的压力容器、管道设备的制造任务,其中甲醇洗涤塔是目前国内采用等,工作温度常在-20 C以下。低温钢主要分不含09MnNiDR材料制造的容积最大的低温压力容器设Ni及含Ni两大类,对低温钢的主要性能要求是保备,设计温度最低为-70 C。还有采用ASME规范证在使用温度下具有足够的韧性及抵抗脆断破坏的材料SA203 - D(名义使用温度为- 101 C)制造的能力。低温用钢一般是合金元素的固溶强化和晶粒-些塔设备。细化,并通过正火或正火加回火(调质处理)处理细化晶粒.均匀组织,而获得良好的低温韧性。2材料低温钢中的Ni,Mn等元素可抑制脆性转变温度的提高,对材料保持好的低温冲击性能有利。而设备用板材的化学成分和力学性能分别如表C,P,S,Si,0等则会提高脆性转变温度,对材料的低1,2所示,焊材的化学成分和力学性能分别如表3,4温冲击韧性产生不利影响,其中C,P的影响尤为显所示。.49.CPVT制甲醇用低温压力容器的焊接Vol25. No4 2008表1设备用板材的化学成分化学成分(% )材料CMnSiV_Al_NNbs__P标准值O9MnNiDR≤0. 121.2-1.6 0.15~0.6≥0.015 0.3~0.8 ≤0.04 | ≤0.020≤0.025 .SA203-D | ≤0.17|≤0.70.15 ~0.3- _ .3.25~3.75一≤0.040 ≤0. 035实际值09MnNiDR 0. 0841.420.320.00060.020.780.010.009SA203-D| 0.070.660.20.0053.590.008表2设备用板材的力学性能力学性能项目材料名称σ,( MPa)σ。( MPa)8.(%)Axv(J)09MnNiDR≥260430 -560≥23≥27( -70 C)SA203- D≥255450 ~ 585≥24≥34( -101 C)3534535260,266 ,272( -70 C)SA203-D3265433147 ,38.49( -101 C)表3焊材的化学成分化学成分(%)焊材牌号_NiCrCuW707Ni≤0.05 <1.25≤0.5≤0.035|≤0.035 2.0-2.75一-HO7MnNiDR, ,SJ603W|≤0. 100.7-1.2≤0.3≤0.01≤0.015≥3.0≤0. 35E7016 - C2L≤0.05|≤1.25≤0.03≤0.03 3.0~3.75F7PI5 - ENi3 - Ni3≤0.12≤1.6≤0.8≤0.0252.8~3.8≤0. 150.070.790.210.0030.0112.37H07MnNiDR, SJ603w 0.030.750.0040. 008.3. 540.03E7016- C2L0.047 0. 6160. 2280.01 .3. 7360. 0490.023F7PI5- EN3-Ni30.047 0.9120.0073. 2560. 0290. 053表4焊材熔敷金属的力学性能项目.σs( MPa)8(%) .≥460≥550≥I9≥47(-70 C)HO7MnNiDR , SJ603W≥380480 -650≥22≥390≥480≥25≥41( -101 C)F7P15 - ENi3 - Ni3≥400480 ~ 660≥41(-101 C)51060027.596,95,88( - 70 C)H07MnNiDR. ,SJ603W430303120,142,115( -70 C)4329633.7152 ,139,141( -101 C)F7PI5- ENi3 - Ni34644929.8103 ,68,83( -101 C)一~焊接电流,A3焊接工艺评定U_ - -电弧电压,V焊接速度, cm/s焊接过程中主要影响低温钢焊接接头晶粒度、-电弧有效功率系数,埋弧焊取0.85,焊.最终影响低温冲击韧性的工艺因素为焊接线能量。条电弧焊取0.8焊接线能量的公式:由此公式可看出:焊接电流电弧电压增大,焊E =ηIU/v接速度减小会使焊接线能量值增大,使焊缝冷却凝式中E-焊接线能量 ,kJ/cm固缓慢,焊缝的厚度、宽度增加,焊缝组织变得粗大,●50.第25卷第4期压力容器总第185期焊缝晶粒间会有连续的碳化物析出分布,晶界间的cm,埋弧焊时线能量最大不宜超过35 kJ/cm。结合力降低,最终使低温冲击韧性显著降低。相反，据此,编制了焊接工艺指导书,针对低温钢材料焊接电流.电弧电压减小，焊接速度加快则有利于焊的特点做了不同焊接方法的焊接工艺评定试验。采缝获得细晶粒度,从而保证焊缝具有良好的低温用多层多道焊的方法焊接工艺评定试板。埋弧焊较韧性。焊条电弧焊有较高的焊接效率,但是单层焊缝厚度另外,新焊缝对上一层焊缝有回火作用,正常线较大,会弱化焊道间的回火作用。为此,在制定方案能量的回火作用会使上一层焊缝的晶粒细化，改善时将板材厚度在16mm以上的对接焊缝采用埋弧性能。而大的线能量会造成回火温度高,降低低温焊,16 mm以下的采用焊条电弧焊。焊接工艺评定冲击韧性。据相关资料介绍",对于低温钢的焊试板经过消应力热处理后,对试板取试样进行了力接,采用焊条电弧焊时线能量最大不宜超过20 kJ/学性能试验 ,各项数据见表5,6。表5焊接工艺评定规范参 数试板|厚度焊接烨接焊材焊接电弧(mm)|方法.层材料规格电流电压速度线能量| 焊后热处理(mm)| (A)(V)( kJ/cm)H07MnNiDR52SAW|2SJ603W04| 450-520 32~34| 26~28m/h 16~21| 消应力W707NiSMA130-160 22 ~2414- 19 cm/min 9- 1609MnNiDR4010HO7MnNiDR04500~550 30~32| 26~28 m/h16~19消应力6SMAW| 704| 140~160 22~24 14~19 cn/min| 9~16 .消应力.8(Ar+CO2)GMAW|;HS09MnNiDR 01.2| 160~180 28 -30 |18 ~27 cm/min | 10~1818| 8 |F7PI5- ENi3- Ni3 03.2| 380~420 28~30 26 ~28 m/h12~16↑消应力7 F7PI5 -ENi3-Ni303.2| 380-420 | 28-30 26 ~28 m/h12~16SA203 - D|7HSO9MnNiDR| 01.2| 160-180 | 28~30 18 ~26 cm/min10-18|消应力:Ar+CO2)14SMAWE7016 - C2L)4| 140 ~150 22 ~2414~19cm/min9~1605160- 19022 ~2411-19表6焊接工艺评定力学性能冲击功Av(J)试板材料厚度焊接方法抗拉强度侧弯(09MnNiDR: - 70C ,SA203 - D: - 101C )硬度HV(mm)σ(MPa)焊縫热影响区( HAZ)母材HAZ焊缝478 ,468无裂纹188,156,90/145 231 ,253 ,278/254134137137 .467 ,47077 ,36 ,65/59115 ,36 ,96/82541,540无裂纹73 ,60,47/60190 ,216, 176/19416512,512|无裂纹| 180,60 ,94/111185 ,205 , 194/195CMAW486,486|无裂纹| 134,156,147/146| 141 ,113,146/133143148149; Ar+CO2)|512,528无裂纹| 96 ,84,120/100240 ,35 ,198/1586|555,53无裂纹80,78 ,54/7144,129,137/103 ,155170167SA203-D520,523|无裂纹| 73 ,78 , 107/86118,179,173/157 154161172( Ar+ CO2)548.550无裂纹90.92 ,87/90230,199 ,200/2106670采用较小的线能量所得到的焊缝窄且薄,整个焊缝宽度.上的余高均匀,而采用大线能量焊接的焊.51 .CPVT制甲醇用低温压力容器的焊接Vol25. No4 2008缝宽且厚,焊缝中部的余高较两侧有较大的凸起,晶增大,焊接速度的逐渐减小,焊缝宽度及厚度也会增粒粗大,性能变差。以埋弧焊为例进行实测,焊接电加。当焊缝宽度为35mm时,焊接电流、电弧电压流、电弧电压及焊接速度对焊缝尺寸的影响见表7。范围已远超出工艺的 要求,线能量也超出最大允许表7不同线能量时焊缝宽度、厚度对照值2倍以上。对09MnNiDR材料专门按大规范(线能量为40焊丝焊接电弧|焊接焊縫|焊缝|焊接直径电流电压速度宽度|厚度|线能量kJ)和正常规范(线能量为21 kJ)焊接了焊接试板。(mm)| (A)| (V) | (m/h)|( mm) | ( mm) | ( kJ/cm)从表8可见,采用正常规范的焊接试板焊缝冲500 30~32 23218击功数值高,而采用大规范焊接的焊接试板冲击功550 32~34| 26| 15.5| 2.521就很低,达不到合格指标。从硬度上可以看出,两者600 34~36 26| 16.525之间没有大的差别。对大规范焊接的试样进行金相650 34~36 | 26827分析,发现在晶界上有较多的碳化物析出。.500 30~32| 20162.524550 32-34 209264焊接生产600 34-36 20 20.5 332650 34~36 203.535700 |38 -4015根据焊接工艺评定试验的结果编制了焊接工艺由表7可以看出,随焊接电流、电弧电压的不断规程,对车间焊工进行了培训.考试，取得了相应的表8 不同焊接线能量下的低温冲击韧性及硬度值-70 C冲击功Agv(J)硬度HV厚度试板材料焊接线能量(mm)焊接方法.焊缝热影响区( HAZ)母材HAZ09MnNiDR正常22SAW156. ,24,154261 ,259 ,25114316382大SAW .18,26 ,44248 ,250 ,23714816779资格证。焊条、焊剂的使用严格按照要求进行,领用量,保证焊接接头具有好的力学性能和细的晶粒度,的焊条不能在4 h内用完，剩余焊条或焊剂必须退使晶界上不析出连续的碳化物。库重新烘干。焊接过程中严格执行焊接工艺规程,(3)正确使用焊材,不符合烘干规定的焊材不确保层间温度小于120 C,防止焊接接头产生过热.得使用,并保证在4 h之内用完,否则必须重新烘现象。加强过程中的控制,严格工艺纪律,对违反工干,尽量减少氢对焊缝质量的影响。艺纪律的行为立即予以纠正,保证焊接质量。参考文献:5结论[1] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第2卷材料.的焊接)[ M].北京:机械工业出版社,2001.由文中的数据和分析可以看出:低温钢焊接质.[2]王增 新.压力容器制造与修理[M].北京:化学工业出量的好坏会直接影响到压力容器设备在低温工况下版社,2006.的正常运行,在设备的焊接过程中,每一个工序、每[3]陈剑虹. 焊接手册第二分册[ M]北京:机械工业出版一个相关的工作人员都要严格把关,才能确保有良社,2001. .好的焊接质量。低温压力容器设备焊接工作中,必须做到以下几点:收稿日期:2008 -03 -26(1)首先从思想上真正的重视,加强理论知识作者简介:杨志军(1966-),男,工程师,锦西化工机械(集的学习,对图纸、工艺要求充分理解;团)有限责任公司质量检查处处长,通讯地址:辽宁省葫芦岛(2)在满足工艺性能的前提下,采用小的线能市连山区化机路25号。.●52.