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16MnDR钢制低温压力容器焊接工艺评定摘要通过对16MnDR钢进行焊接工艺评定来获取满足-40c的低温冲击韧性的要求并提出解决16MnDR焊接过程中影响其低温冲击韧性的因素及采取的工艺措施关键词16MnDR;焊接工艺评定;-40C冲击韧性1引言2013年我公司为某公司生产的四台低温设备,属于二类压力容器其设计温度为-40℃材质16MnDR厚度12〜18nlm16MnDR属于低温压力容器用钢板,其最低工作温度可达-40℃因为化学成份未添加Ni所以说作为-40C的低温容器用钢板来说,具有一定的经济性按GB3531-2008《低温压力容器用低合金钢板》和2012年7月11日发布的1号修改单中要求熔敷金属和热影响区各取三件V型冲击试样,在-40℃下平均冲击吸收功要求达到47J且每组三件试样中只允许有一件试样可低于47J但不得低于33J由于工期紧,考虑到设备的结构因素,为提高生产效率决定采用埋弧机械化焊但是埋弧焊的焊接热输入大,会使焊缝低温冲击韧性降低,这对于16MnDR低温钢的焊接是不利的因此必须选用合理的焊丝、焊剂组配,以提高焊接接头的低温韧性216MnDR钢的焊接性分析16MnDR钢的化学成分及力学性能16MnDR钢的化学成分及力学性能见表1表116MnDR钢的化学成分(质量分数)(%)和力学性能焊接性分析由表1可知,16MnDR钢的碳当量为
0.47%淬硬倾向不大,室温下焊接一般不会产生冷裂纹,16MnDR钢在正火状态下交货,其S、P含量控制的极低,也不易产生热裂纹16MnDR钢薄板在焊接时,不需要采取特殊工艺对于中厚板在焊接刚性拘束较大或环境温度过低时,在焊前应进行预热3焊接工艺评定试验焊接工艺评定试验的选材焊剂的选择焊剂的碱度对低温韧性影响较大焊缝中的氧化物是降低冲击韧性的主要夹杂物,降低焊缝中的含氧量可以明显的提高其韧性,而焊缝金属中的含氧量与焊剂碱度有关,焊剂的碱度越大,焊缝中的含氧量越低,焊缝金属的冲击韧性就越高,因此酸性焊剂不能用于低温钢的焊接,焊剂中的S、P含量也应严格控制SJ105(按NB/T
47018.4-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件埋弧焊钢焊丝和焊剂》)是氟碱型焊剂,高碱度低氢性烧结焊剂焊剂中的碱性氧化物CaO+Mg()含量较多,焊接的碱度为
2.0〜
3.0且S、P含量较低SJ105还具有松装密度小、熔点高等特点,适用于大热输入焊接,冶金效果好等优点,焊缝和热影响区能获得较好的强度、塑性和韧性配合的优点SJ105成分见表2表2SJ105焊剂的碱度及成分($)
3.
1.2焊丝的选择埋弧焊丝的选择既要考虑焊剂成分的影响,又要考虑母材成分的影响为达到所要求的焊缝金属成分和力学性能,特别是低温冲击韧性故考虑选用H08MnNiMoA焊丝,焊丝中加入*)元素,可以与碳氮形成化合物,从而细化晶粒;加入Ni元素可以阻止高温时晶粒的增长细化晶粒,在提高材料强度的同时,还可以明显的提升焊缝金属的低温冲击韧性数值;限定含碳最,提高Mn/C比值,控制硫、磷含晟将有利于提高焊接接头的低温冲击韧性,Mn还可以显著降低钢的脆性转变温度H08MnNiMoA焊丝化学成分及力学性能见表3表3H08MnNiMoA焊丝化学成分和力学性能
3.2工艺措施
3.
2.1严格控制焊接线能量1)严格控制焊接线能量,最大限度地减少过热焊接时尽量采用快速多层多道焊,以减少过热,并利用后一道对前一道焊的热作用,以达到细化晶粒的效果,施焊时还应严格控制层间温度小于等于200C并尽可能的不连续施焊2适当加大坡口角度,以增加焊道数量3严格控制焊道厚度,控制在W4nlm4避免产生弧坑、咬边、未焊透及焊缝成形不良等缺陷
3.3工艺评定试验
3.
3.1焊接工艺参数的选择在工艺措施指定完成后,根据工艺评定,板材的评定范围,并结合我公司的实际情况进行评定,评定标准为NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》按照上述工艺措施,经反复试验,制定了焊接工艺参数焊接工艺参数见表4表4焊接工艺参数
3.
3.2焊接坡口的选择焊缝坡口的选择如下图
3.4评定结果表5夏比V形冲击结果评定结果以上工艺评定试板经外观检查及射线探伤合格后,按NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》标准规定进行力学性能试验拉伸和弯曲试验结果合格低温冲击试验结果见表5o
4.结论1)公司选用的H08MnNiMoA+SJ105在焊接16MnDR时有着较好的低温冲击韧性2)焊丝中加入g元素可以提高焊缝区的低温冲击韧性3)尽量采用小的焊接线能量,最大限度的减少过热,细化晶粒4)尽量采用快速焊接,多层多道焊,适当的增加坡口角度,并严格控制道间、层间温度,以提高焊缝区和热影响区的冲击韧性
5.实际施焊产品焊接试板情况我公司按上述合格工艺评定参数进行焊接,产品焊接试板拉伸和弯曲试验结果合格,低温冲击试验结果见表5参考文献
[1]GB35312008灯氐温压力容器用低合金钢板》及1号修改单
[2]NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》
[3]NB/T
47018.T7-20114承压设备用焊接材料订货技术条件》
[4]NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》;作者简介CSiMnAlPSGB353I标准
0.
200.15〜
0.
501.2〜
1.
60.
0200.
0200.020材料复验8=12mm
0.
160.
311.
40.
0270.
0150.0056=18mm
0.
160.
311.
40.
0270.
0150.005\板厚mtn抗拉强度RnlN/mnr屈服强度Rci.N/mm2伸长率A%180弯曲试验弯心直径冲击试验温度c冲击吸收功KV2JGB3531标准6-16490-62031521d=2a-404716〜36470〜60029521d=3a-4047材料复验6=12mm56339732d=2a-401251341166=18mm52436132d=3a-40113127117碱度SiCh+TQCaO+MgOAhO3+MnOCaF2SP
2.O-
3.O16-2230〜3418-2018〜
250.
0150.025CSiMnNiMoPS
0.
070.
31.
20.
90.
40.
0120.008抗拉强度Rm(N/mm2)屈服强度Rei.N/mm2伸长率A%冲击试验温度c冲击吸收功kv2j58048030-40120母材规格mm焊接方法焊材电流A电压V焊接速度cm/inin线能量KJ/cm层间温度CC预热温度CC6=12SAWH08N4nNiMoA+SJI05400〜50030〜3245〜
5035.5200室温焊接工艺评定试板夏比V形冲击结果焊接工艺评定低温冲击吸收功KV2J-40*0试件编号焊缝区热影响区155982508536284产品焊接试板夏比V形冲击结果产品试板低温冲击吸收功KV2J-40flC试件编号焊缝区热影响区HS-14887HS-25283HS-35890。