低温钢09MnNiDR焊接工艺评定试验

刘强 张高涛

摘要：通过对低温钢材料09MnNiDR的焊接性分析以及焊接工艺评定，找到了控制低温材料焊接接头低温韧性的方法。

关键词：低温钢；接头韧性；工艺试验

前言

材料科学的发展促进了国内外石化技术和装备的进步，大型、低温、深冷压力容器在石化和化工装备行业得到越来越广泛的应用。低温材料的焊接加工技术也成为石化行业装备制造的重要课题。2014年8月，一重集团苏州重工为江苏某化工企业制造的乙烯气化装置，用到了低温材料09MnNiDR钢板，由于公司在低温材料焊接方面积累的经验较少，所以工艺人员在查阅相关资料和同行经验的基础上，拟定出了焊接工艺规程进行工艺评定。

1.焊接性分析

09MnNiDR钢为铁素体+少量珠光体型低温钢，GB3531-2008规定其在-70℃冲击吸收能量（KV2/J）大于或等于34J，其含碳量低，主要合金元素为Mn、Ni。Mn主要用来通过固溶强化提高钢的强度，Ni能改善铁素体的低温韧性，并能显著降低钢的冷脆转变温度。09MnNiDR钢焊接接头最难保证的是焊缝和热影响区组织的低温韧性，如果焊接工艺参数选择的不合理或者焊材等别的焊接主要因素不匹配，就会出现焊接气孔、夹渣等缺陷，焊接接头的低温韧性则很难达到要求。

2.焊接工艺评定试验

工艺评定试验按照NB/T47014-2011的有关规定进行。着重进行焊接接头焊缝区和热影响区抗低温冲击试验。所选试验母材的规格和力学性能见表1。

2.1 焊接方法的确定

根据公司产品的结构特点，结合公司设备、焊接人员具体情况综合考虑，我们决定做两种焊接方法的工艺评定。分别是钨极氩弧焊（焊态）、钨极氩弧焊（消应力热处理）、焊条电弧焊（焊态）、焊条电弧焊（消应力热处理）。焊四块试板进行力学性能检测。

2.2 焊材的选用

根据NB/T47015-2011的推荐和查阅焊接手册，手工氩弧焊选用纯度为99.99%的氩气保护，焊丝选用ER55-Ni3，规格为∮2.0.手工焊条电弧焊选用牌号为W707Ni，规格为∮3.2和∮4两种规格。

2.3 工艺参数的选择

本次试验所选用的具体焊接参数见表2.

2.4 工艺措施

（1）考虑到低温钢的焊接特点，为避免焊接接头形成粗晶粒组织而降低接头低温韧性，采用小的焊接线能量（<25kj/cm），可以通过多层焊反复加热细化晶粒。

（2）W707Ni焊条熔敷金属有一定黏度，凝固较快，扩散氢等有害气体来不及逸出，为此要提高焊材烘干的温度和时间，同时避免焊材在空气中裸露时间过长。

（3）层间温度控制在80～150℃之间，层间清理彻底，避免S、P、C等有害杂质元素熔入焊缝金属。

（4）因为低温钢对焊接缺陷和应力集中的敏感性较大，故而要用操作技术水平相对高的焊工来完成焊接。在焊工技术层面避免焊接缺欠的发生。

（5）打底焊要尽可能小电流完成，避免根部裂纹的隐患。

（6）选用性能稳定的焊接设备，对设备的显示电流电压值和实际的电流电压值进行测试评定，使之误差在10A之内。

2.5 试验结果分析

焊接试件委托到张家港市质量监督检验所根据NB/T47014-2011进行取样和力学性能检测，主要是焊接接头和热影响区的低温冲击试验，结果见表3。

3.结语

从以上试验结果可以看出，事先验证的工艺评定参数所焊接的试验板经过检测能够达到相关标准的要求，工艺评定报告也通过了当地特检所的审核，可以用来支持产品的焊接施工。但是工艺措施仍然有改进的空间，如果在焊材制造当中再适当增加Ni元素的含量或者采取工艺措施增大焊接坡口的角度，采用较小的线能量多道焊，通过控制层间温度的办法也可以提高焊接接头的韧性和力学性能。

参考文献：

[1]陈裕川编写.《钢制压力容器焊接工艺》.机械工业出版社，2011年版

[2]中国机械工程学会焊接分会编.《焊接手册》.机械工业出版社，2001年版

[3]一重集团苏州重工 PQR1410 PQR1411 PQR1412 PQR1413.