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(jīng)常于-20℃下列。低溫鋼重要分絕不含Ni以及含Ni兩大類(lèi)，對(duì)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(qiáng)化、晶粒細(xì)化，并且透過(guò)正火或是正在火加回火（調(diào)質(zhì)處理）處理細(xì)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(zhuǎn)變溫度的提高，作為有利元素，因而C、P、S、Si、O等亦會(huì)提高脆性轉(zhuǎn)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(shí)，沿晶會(huì)有碳化物析出分布，回火溫度高會(huì)使碳化物長(zhǎng)大因而影響低溫沖擊韌性。

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

2、 材料

設(shè)備使用板材的化學(xué)成分

焊材的力學(xué)性能

3、 焊接工藝評(píng)定

作為保證設(shè)備于今后生產(chǎn)過(guò)程之中能安全有效的于低溫工況之下使用，對(duì)于低溫鋼材料做了不同條件與焊接方法的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

低溫鋼透過(guò)調(diào)質(zhì)處理之后具有非常細(xì)的晶粒度，焊接接頭區(qū)域一樣亦需要有細(xì)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(xué)性能，特別是低溫沖擊韌性的工藝因素，重要是焊接線(xiàn)能量。

線(xiàn)能量的公式：

E=ηI U/v

E——焊接線(xiàn)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(shù)：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(huì)使焊接線(xiàn)能量增大。焊接線(xiàn)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(xì)大，焊縫晶粒棟會(huì)出現(xiàn)連續(xù)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(duì)于之上一層焊縫有回火作用，正常的線(xiàn)能量的回火作用會(huì)使焊縫的性能提高，因而大的線(xiàn)能量會(huì)造成回火溫度高，會(huì)降低低溫沖擊韌性指標(biāo)。相關(guān)資料介紹，對(duì)低溫鋼的焊接，采用焊條電弧焊時(shí)線(xiàn)能量最為大不易超過(guò)20KJ/cm，埋弧焊時(shí)線(xiàn)能量最為大不易超過(guò)25KJ/cm。

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

據(jù)此，我們編制了焊接工藝指導(dǎo)書(shū)，采用多層多道焊焊接工藝評(píng)定試板。埋弧焊比較焊條電弧焊有比較高的焊接效率，不過(guò)單層焊縫厚度比較大，會(huì)弱化焊道棟的回火作用。作為此，我們于制定方案時(shí)決定厚度于16mm超過(guò)的對(duì)接焊縫采用埋弧焊，16mm下列的采用焊條電弧焊。焊接工藝評(píng)定試板歷經(jīng)消應(yīng)力熱處理之后，對(duì)于試板取試樣進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，取得了比較理想的數(shù)據(jù)，說(shuō)明制定的焊接工藝規(guī)范參數(shù)可以滿(mǎn)足焊接要求。各項(xiàng)數(shù)據(jù)見(jiàn)之下表：

焊接工藝評(píng)定規(guī)范參數(shù):

4、焊接生產(chǎn)

根據(jù)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)的結(jié)果編制了焊接工藝規(guī)程，并且于工程施工后對(duì)于相關(guān)車(chē)間、處室進(jìn)行了工藝貫徹，講解了低溫鋼焊接時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，并且對(duì)于車(chē)間焊工進(jìn)行了培訓(xùn)、考試，取得了相應(yīng)的資格證。

于施工過(guò)程之中，車(chē)間與檢查部門(mén)均比較重視，基本能依照工藝要求去做。不過(guò)也存在著一些問(wèn)題，特別是產(chǎn)品試板力學(xué)性能指標(biāo)出現(xiàn)絕不合格的現(xiàn)象，影響了工期的順利進(jìn)行。

出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因重要體現(xiàn)于以下幾點(diǎn)：

⑴思想認(rèn)識(shí)絕不到位，沒(méi)有將低溫鋼和其它材料嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)，頭腦之中存在著如果無(wú)損檢測(cè)沒(méi)有問(wèn)題便算合格的意識(shí)。無(wú)損檢測(cè)僅是一種手段來(lái)判定于焊接接頭外部是否存在有缺陷，因而絕不能當(dāng)做能否滿(mǎn)足力學(xué)性能要求的依據(jù)，只對(duì)于產(chǎn)品試板的焊接接頭進(jìn)行破壞性試驗(yàn)便是最后檢驗(yàn)焊接接頭是否合格的依據(jù)，。

⑵絕不能完全貫徹工藝，焊接工藝之上的每一個(gè)參數(shù)均是依據(jù)合格的焊接工藝評(píng)定數(shù)據(jù)因而來(lái)的，絕不是工藝人員憑空杜撰出來(lái)的。假如偏離了這些規(guī)范參數(shù)，便會(huì)使焊縫的性能出現(xiàn)偏差。線(xiàn)能量變大，使焊接接頭力學(xué)性能變差。于一次處理問(wèn)題時(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)焊接電流偏西大，焊接速度緩慢，和焊接工藝之中制定的規(guī)范參數(shù)有比較大偏離，進(jìn)而導(dǎo)致線(xiàn)能量增大，對(duì)于日后設(shè)備的使用可能造成隱患。根據(jù)這種情況，決定把此焊縫清除掉，依照焊接工藝規(guī)范參數(shù)重焊。

采用比較小的線(xiàn)能量所得到的焊縫薄因而窄，因而采用大線(xiàn)能量焊接出的焊縫寬因而厚，晶粒細(xì)大，性能變差。以此埋弧焊為例進(jìn)行實(shí)測(cè)，焊接電流、電弧電壓以及焊接速度對(duì)于焊縫尺寸的影響見(jiàn)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(huì)增加。如果焊縫寬度為35㎜時(shí)，焊接電流、電弧電壓范圍已經(jīng)遠(yuǎn)超出工藝的要求，線(xiàn)能量亦超出最為大允許值2倍超過(guò)。因而這種情況于平常的實(shí)際生產(chǎn)之中亦經(jīng)常出現(xiàn)。對(duì)于焊縫斷面拋光之后浸蝕，會(huì)顯現(xiàn)出焊縫的宏觀金相，可以明顯地看出焊縫的層數(shù)。

⑶焊條、焊劑使用之上絕不能完全依照要求去做，一次領(lǐng)用甚多，絕不能于滿(mǎn)4小時(shí)之后把剩余焊條或是焊劑退庫(kù)再次烘干。這樣做會(huì)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(xiàn)氣孔以及裂紋的機(jī)率增大。

⑷產(chǎn)品試板出現(xiàn)絕不合格的情況。出現(xiàn)的原因是多種的，不過(guò)主要的原因仍然因?yàn)槌?guī)范引起的。于某一工程之中我們對(duì)09MnNiDR材料專(zhuān)按照大規(guī)范與正常規(guī)范焊接了產(chǎn)品焊接試板。

自上表可見(jiàn)，采用正常規(guī)范的焊接試板焊縫沖擊功數(shù)值高，因而采用大規(guī)范焊接的產(chǎn)品試板沖擊功便非常低，達(dá)絕不到合格指標(biāo)。自硬度之上可以看出，兩者之間沒(méi)大的差別。說(shuō)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(diǎn)提出的是，焊接試板的力學(xué)性能代表了設(shè)備所具有的性能。試板力學(xué)性能絕不合格，代表著設(shè)備焊接接頭絕不合格。補(bǔ)做試件或是再次調(diào)整設(shè)備熱處理狀態(tài)不僅耽誤工期亦增加費(fèi)用，而且使設(shè)備無(wú)法透過(guò)檢驗(yàn)因而出廠，予企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。因此如何焊好試板便是整個(gè)設(shè)備制造之中最為重要的環(huán)節(jié)之一。

5、 結(jié)論

本文所示的數(shù)據(jù)與分析可以看出：低溫鋼焊接質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響到壓力容器設(shè)備于低溫工況之下的正常運(yùn)行，于設(shè)備的焊接過(guò)程之中，每一個(gè)工序、每一個(gè)相關(guān)的工作人員均要嚴(yán)格把關(guān)，便能確保有良好的焊接質(zhì)量。對(duì)于我公司愈來(lái)愈多的低溫壓力容器設(shè)備，對(duì)于焊接工作要最為重視。

必需做到以下幾點(diǎn)：

1）最先自思想之上真正的重視，加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)于圖紙、工藝要求充分理解。

2）實(shí)際操作中要嚴(yán)格執(zhí)行工藝，尤其是要采用小的線(xiàn)能量，保證焊接接頭具有好的力學(xué)性能。

3）其實(shí)重視產(chǎn)品焊接試板，確保力學(xué)性能試驗(yàn)一次通過(guò)。

4）正確使用焊材，絕不符合烘干規(guī)定的焊材不得使用。