低溫鋼的焊接

通常把-10~-196℃的溫度范圍稱為“低溫”(我國從-40℃算起),低于-196℃時稱為“超低溫”。低溫鋼主要是為了適應能源、石油化工等產業部門的需要而迅速發展起來的一種專用鋼。低溫鋼要求在低溫工作條件下具有足夠的強度、塑性和韌性,同時應具有良好的加工性能,主要用于制造-20~-253℃低溫下工作的焊接結構,如貯存和運輸各類液化氣體的容器等。

1 焊接方法及熱輸入的選擇

常用的焊接方法有焊條電弧焊、埋弧自動焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊。

低合金低溫用鋼焊接時,為避免焊縫金屬及近縫區形成粗大組織而盡量不擺動,采用窄焊道、多道多層焊,焊接電流不宜過大,宜用快速多道焊以減輕焊道過熱,并通過多層焊的重熱作用細化晶粒。多道焊時,要控制道間溫度,應采用小的熱輸入施焊,控制在20KJ/cm以下。如果需要預熱,應嚴格控制預熱溫度及多層多道焊時的道間溫度。

焊接線能量也叫焊接熱輸入,是單位長度焊縫得到的焊接電弧熱量。

公式 E=UI/v(焦耳/厘米) 其中U:電弧電壓(伏特),I:焊接電流(安培),v:焊接速度(厘米/分)。

焊接線能量是影響焊接接機械頭性能的重要因素。當焊接電流、電弧電壓增大時,焊接線能量增大,當焊接速度減小時,焊接線能量增大。

對于低溫鋼,焊接線能量過大,接頭韌性的下降更為嚴重,使壓力容器在低溫狀況下運行時易發生瞬間的破壞。所以焊接時,要嚴格控制焊接電流、電弧電壓、焊接速度,保證焊接接頭的各項性能指標。

2 低溫鋼的焊接特點及其工藝措施

低溫鋼由于含碳量低,其淬硬傾向和冷裂傾向小,具有良好的焊接性。但是過大的焊接線能量會使焊縫及熱影響區形成粗晶組織而使低溫韌性大為降低,結構的突變及制造中的強力組對會使結構的局部產生高的應力,從而增大設備在低溫狀態下的脆性破壞。為此,在焊接過程中應做到以下幾點:

⑴采用小的焊接線能量,最大限度的減少過熱,防止在焊接接頭上出現粗大的組織。焊條電弧焊常采用12-15KJ/cm,埋弧焊通常為20KJ/cm。為此焊條電弧焊盡量不用φ5焊條,埋弧自動焊多選用φ3.2焊絲,焊條電弧焊每層約2mm,埋弧自動焊約2.5mm。

⑵采用直焊道,多道快速壓焊。目的是為了減少過熱和后一焊道對前一焊道有回火作用,使晶粒細化。

⑶避免強力組對,使結構局部不產生應力集中現象。

⑷盡可能降低焊道間的層間溫度,避免焊道長時間處于高溫狀態,盡量做到不連續施焊。

⑸通常選用超低氫焊條及焊劑,所以在焊前要嚴格按烘干制度進行烘干處理,領用的焊條超過4小時未用完,應返回二級庫重新烘干再使用。另外對于低溫鋼焊條,使用前要按相關標準進行熔敷金屬擴散氫復驗,通常采用水銀法,按GB/T3965-2012 執行,合標指標符合設計要求。

⑹ 在冬季施工及厚度較大的結構,應適當進行預熱,至少預熱到15℃以上。對于大厚板焊接,預熱溫度一般為50℃,道間溫度控制在50~150℃之間。

(7)引弧須采用引弧板或在坡口內引弧,不得在非焊接部位引弧。

(8)低溫鋼焊后消除應力熱處理可以降低低合金鋼焊接產品的脆斷危險性。

常用低溫鋼焊接材料的選擇

16MnDR:

J507GR,J507RH,——E5015-G或E5016-G H10Mn2 SJ101——F5P4-H10Mn2 09MnNiDR:

W707Ni,W807Ni——E5515-N5 E7015-C1L,E7016-C1L F7P7-ENi2-Ni2

H07MnNDR SJ603W——F5P7-H07MnNiDR 08Ni3DR:對于溫度低于-100℃,一般選進口焊材 E7015-C2L,E7016-C2L F7P15-ENi3-Ni3

SA-203 Gr.D 是ASME材料,要求-101℃沖擊 E7016-C2L F7P15-ENi3-Ni3

低溫壓力容器的焊接檢驗

1、 固規要求:對于設計溫度低于-40℃的低合金鋼制低溫壓力容器上的焊接接頭要進行100%MT檢測,按JB/T4730.4-2005 I級合格。

2、 如設計執行HG20584,對于有超聲檢測要求的低溫鋼材的焊接,坡口表面及清根后的坡口表面應進行100%MT檢則,按JB/T4730.5-2005 I級合格。

3、 低溫下由缺陷引起的應力集中將增大結構低溫脆性破坡傾向。應注意避免弧坑、未熔透及焊縫成型不良等缺陷。通常用情況下,焊縫余高盡量減少,有時要求焊后磨平;角接接頭應圓滑,不允許向外凸起,焊縫圓滑度差或成型不良者必須打磨;焊縫邊緣不得存在咬邊。

4、 低溫容器表面不得采用鋼印標記。