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                        分享下低溫壓力容器的焊接制造工藝技術

                        更新時間:2019-08-10 14:24:51 星期六
                        摘要:

                        1、 前言 低溫鋼重要用于低溫之下工作的壓力容器、管道等,工作溫度經常于-20℃下列。低溫鋼重要分絕不含Ni以 […]

                        1、 前言

                        低溫鋼重要用于低溫之下工作的壓力容器、管道等,工作溫度經常于-20℃下列。低溫鋼重要分絕不含Ni以及含Ni兩大類,對于低溫鋼的主要性能要求是保證于使用溫度之下具有足夠的韌性以及抵抗脆懷破壞的能力。低溫用鋼一般是合金元素的固溶強化、晶粒細化,并且透過正火或是正在火加回火(調質處理)處理細化晶粒、皆勻組織,因而獲得良好的低溫韌性。

                        低溫鋼之中的Ni、Mn等元素可抑制脆性轉變溫度的提高,作為有利元素,因而C、P、S、Si、O等亦會提高脆性轉變溫度,作為有害元素,其中C、P的影響最為顯著。低溫鋼于回火時,沿晶會有碳化物析出分布,回火溫度高會使碳化物長大因而影響低溫沖擊韌性。

                        公司近期承接了為數不少的低溫壓力容器設備的制造任務,其中甲醇洗滌塔是國內目前采用09MnNiDR材料制造的容積最為大的低溫壓力容器設備,名義使用溫度為-70℃。還有采用ASME規范材料SA203-D(名義使用溫度為-101℃)制造的一些塔設備。

                        2、 材料

                        設備使用板材的化學成分

                        焊材的力學性能

                        3、 焊接工藝評定

                        作為保證設備于今后生產過程之中能安全有效的于低溫工況之下使用,對于低溫鋼材料做了不同條件與焊接方法的焊接工藝評定試驗。

                        低溫鋼透過調質處理之后具有非常細的晶粒度,焊接接頭區域一樣亦需要有細的晶料度,以此保證良好的低溫韌性。影響低溫鋼焊接接頭力學性能,特別是低溫沖擊韌性的工藝因素,重要是焊接線能量。

                        線能量的公式:

                        E=ηI U/v

                        E——焊接線能量(KJ/cm)

                        I——焊接電流(A)

                        U——電弧電壓(V)

                        v——焊接速度(cm/s)

                        η——電弧有效功率系數:埋弧焊取0.85,焊條電弧焊取0.8

                        從此公式可看出:焊接電流、電弧電壓增大,焊接速度減少會使焊接線能量增大。焊接線能量增大,焊縫冷反而凝固緩慢,使焊縫的厚度、寬度增加。焊縫組織變得細大,焊縫晶粒棟會出現連續的碳化物析出分布,使低溫沖擊韌性顯著降低。除此之外新焊道對于之上一層焊縫有回火作用,正常的線能量的回火作用會使焊縫的性能提高,因而大的線能量會造成回火溫度高,會降低低溫沖擊韌性指標。相關資料介紹,對低溫鋼的焊接,采用焊條電弧焊時線能量最為大不易超過20KJ/cm,埋弧焊時線能量最為大不易超過25KJ/cm。

                        自超過分析可以看出:低溫鋼焊接時控制線能量的大小是最為關鍵的。采用小線能量、多層多道焊,比較低的層間溫度有利于焊縫形成細化的晶粒組織,透過焊道棟的回火作用使焊縫具有比較好的低溫沖擊韌性。

                        據此,我們編制了焊接工藝指導書,采用多層多道焊焊接工藝評定試板。埋弧焊比較焊條電弧焊有比較高的焊接效率,不過單層焊縫厚度比較大,會弱化焊道棟的回火作用。作為此,我們于制定方案時決定厚度于16mm超過的對接焊縫采用埋弧焊,16mm下列的采用焊條電弧焊。焊接工藝評定試板歷經消應力熱處理之后,對于試板取試樣進行了力學性能試驗,取得了比較理想的數據,說明制定的焊接工藝規范參數可以滿足焊接要求。各項數據見之下表:

                        焊接工藝評定規范參數:

                        4、焊接生產

                        根據焊接工藝評定試驗的結果編制了焊接工藝規程,并且于工程施工后對于相關車間、處室進行了工藝貫徹,講解了低溫鋼焊接時應注意的事項,并且對于車間焊工進行了培訓、考試,取得了相應的資格證。

                        于施工過程之中,車間與檢查部門均比較重視,基本能依照工藝要求去做。不過也存在著一些問題,特別是產品試板力學性能指標出現絕不合格的現象,影響了工期的順利進行。

                        出現這些問題的原因重要體現于以下幾點:

                        ⑴思想認識絕不到位,沒有將低溫鋼和其它材料嚴格區分開來,頭腦之中存在著如果無損檢測沒有問題便算合格的意識。無損檢測僅是一種手段來判定于焊接接頭外部是否存在有缺陷,因而絕不能當做能否滿足力學性能要求的依據,只對于產品試板的焊接接頭進行破壞性試驗便是最后檢驗焊接接頭是否合格的依據,。

                        ⑵絕不能完全貫徹工藝,焊接工藝之上的每一個參數均是依據合格的焊接工藝評定數據因而來的,絕不是工藝人員憑空杜撰出來的。假如偏離了這些規范參數,便會使焊縫的性能出現偏差。線能量變大,使焊接接頭力學性能變差。于一次處理問題時,發現現場焊接電流偏西大,焊接速度緩慢,和焊接工藝之中制定的規范參數有比較大偏離,進而導致線能量增大,對于日后設備的使用可能造成隱患。根據這種情況,決定把此焊縫清除掉,依照焊接工藝規范參數重焊。

                        采用比較小的線能量所得到的焊縫薄因而窄,因而采用大線能量焊接出的焊縫寬因而厚,晶粒細大,性能變差。以此埋弧焊為例進行實測,焊接電流、電弧電壓以及焊接速度對于焊縫尺寸的影響見之下表:

                        改由上表可以看出,跟隨焊接電流、電弧電壓的急速增大,焊縫寬度以及厚度亦會增加。如果焊縫寬度為35㎜時,焊接電流、電弧電壓范圍已經遠超出工藝的要求,線能量亦超出最為大允許值2倍超過。因而這種情況于平常的實際生產之中亦經常出現。對于焊縫斷面拋光之后浸蝕,會顯現出焊縫的宏觀金相,可以明顯地看出焊縫的層數。

                        ⑶焊條、焊劑使用之上絕不能完全依照要求去做,一次領用甚多,絕不能于滿4小時之后把剩余焊條或是焊劑退庫再次烘干。這樣做會使焊條藥皮與焊劑吸潮使焊縫之中存在比較多的氫,使焊縫出現氣孔以及裂紋的機率增大。

                        ⑷產品試板出現絕不合格的情況。出現的原因是多種的,不過主要的原因仍然因為超規范引起的。于某一工程之中我們對09MnNiDR材料專按照大規范與正常規范焊接了產品焊接試板。

                        自上表可見,采用正常規范的焊接試板焊縫沖擊功數值高,因而采用大規范焊接的產品試板沖擊功便非常低,達絕不到合格指標。自硬度之上可以看出,兩者之間沒大的差別。說明硬度值不足以直觀的反映出焊縫沖擊韌性的好壞。

                        這里試點提出的是,焊接試板的力學性能代表了設備所具有的性能。試板力學性能絕不合格,代表著設備焊接接頭絕不合格。補做試件或是再次調整設備熱處理狀態不僅耽誤工期亦增加費用,而且使設備無法透過檢驗因而出廠,予企業帶來損失。因此如何焊好試板便是整個設備制造之中最為重要的環節之一。

                        5、 結論

                        本文所示的數據與分析可以看出:低溫鋼焊接質量的好壞會直接影響到壓力容器設備于低溫工況之下的正常運行,于設備的焊接過程之中,每一個工序、每一個相關的工作人員均要嚴格把關,便能確保有良好的焊接質量。對于我公司愈來愈多的低溫壓力容器設備,對于焊接工作要最為重視。

                        必需做到以下幾點:

                        1)最先自思想之上真正的重視,加強理論知識的學習,對于圖紙、工藝要求充分理解。

                        2)實際操作中要嚴格執行工藝,尤其是要采用小的線能量,保證焊接接頭具有好的力學性能。

                        3)其實重視產品焊接試板,確保力學性能試驗一次通過。

                        4)正確使用焊材,絕不符合烘干規定的焊材不得使用。