ND钢焊接性能及检验

ND钢的焊接

耐硫酸露点腐蚀用09CrCuSb钢板的可焊接性及焊接技术要求，通过焊接工艺试验制定了合理的焊接工艺参数，在酸性气燃烧炉的焊接施工中应用，获得了满意的焊接质量，保证了设备的制造要求。

1、概况

露点腐蚀对加热炉设备的使用寿命有很大的影响，为了提高燃料的热效率，稍降低排烟温度就会使设备严重腐蚀，这就给生产带来了很大的困难，由此也可以看出解决露点腐蚀的难度。1987-1990年间由中石化北京设计院、江苏江阴兴澄钢铁有限公司与机械部伤害材料研究所共同研究开发了新型耐硫酸露点腐蚀用钢---ND钢，其主要特点是在中温中浓度的硫酸（如70℃、50%H2SO4溶液）中表面发生钝化，形成一层富含Cu、Cr、Sb等合金元素的保护层，因而具有高的耐硫酸腐蚀能力。

在兰炼酸性水汽提及硫酸回收装置的技术改造过程中，酸性气燃烧炉壳体材质就选用了ND钢——09CrCuSb，炉内介质为H2S、SO2、H2O，用ND钢可防止硫酸露点腐蚀，保证设备的正常运行。

2 09CrCuSb钢的可焊性

09CrCuSb钢的显微组织为铁素体+珠光体组织，珠光体含量为15%，夹杂物为硫化物及少量氧化物，晶粒度为8-9级。其化学成分及力学性能见表1、表2

表1 09CrCuSb钢板（厚12mm）的力学性能

须控制在C＜0.10%、Sb＜0.10%范围以内，除此以外要保证主要合金元素含量越高越耐蚀，耐蚀性能主要取决于合金元素的配比，任何合金成分中元素的偏析都将使ND钢的耐蚀性受到影响，甚至出现局部腐蚀。可通过严格控制合金元素的成分，使合金元素达到均匀化的目的。

一般来说，钢的可焊性是用它的碳当量C eq、焊后最高硬度值HV max及焊接裂纹敏感系数P cm 来衡量的。

（1）按实际元素含量计算碳当量C eq：

C eq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14=0.355% C eq＜0.4%

由此可知09CrCuSb钢板焊接时基本无淬硬倾向。

（2）按碳当量用下式近似估算09CrCuSb钢焊接后的硬度HV max

HV max=1200×C eq－200：

HV226.5＜HV350

由此可知该钢板焊前无须预热，而且焊接时冷裂倾向很小。

（3）焊接裂纹敏感系数P cm：

P cm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B=0.179%

由P cm值可以看出09CrCuSb钢属于地焊接裂纹敏感性钢材。

综上所述，09CrCuSb钢含碳量较低，又添加了少量Cr、Cu、Sb等合金元素，补偿了由于碳含量较低可能引起的强度损失，同时根据碳当量C eq及焊后硬度HV max值可知这种钢的淬硬倾向较小，焊前无须预热，而且由焊接裂纹敏感系数P cm可知这种钢是一种低焊接裂纹敏感性的钢材，因此可以看出09CrCuSb钢具有良好的焊接性能。

3 焊接工艺

3.1 焊接方法

国内对此类钢常用的焊接方法是手工钨极氩弧焊(TIG)和手工电弧焊（SMAW），我们根据所用钢板的规格（厚度12mm）及设备的要求，决定采用手工电弧焊施焊。

3.2焊接材料

09CrCuSb钢板需选用具有同种成分的NDS低氢钠型药皮的低合金钢碱性焊条进行焊接，焊条焊前进行380℃、2h的烘干。这种焊条电弧燃烧稳定，飞溅小，药皮可均匀熔化，焊道成型美观，脱渣易清除，且焊缝具有优良的机械性能、工艺性能和优异的抗硫酸露点腐蚀性能。NDS焊条的化学成分及熔敷金属的机械性能见表3、表4。

直径 C Mn Si S P Cr Cu Sb

3.2

4.0

0.05

0.05

0.89

0.88

0.4

0.4

0.02

0.02

0.028

0.029

0.818

0.823

0.336

0.338

0.017

0.017

焊条直径

（mm）

σs (MPa)σb(MPa)δ5 (%) A kv(-30℃) (J)

3.2

4.0

340

350

430

440

22

230

43/43/48

64/58/70

为使焊缝填充金属能充分焊透，保证焊缝焊接接头具有良好的性能，并便于母材背面清根和减少变形，选用单边V 型坡口，其形状及尺寸参见图1。

3.4 焊接工艺试验和工艺参数

根据现场施焊位置对厚度12mm试板进行平焊和垂直俯位的手弧焊工艺试验，焊接接头力学性能均满足规定要求。试验结果见表5。

焊缝型式σb (MPa)A kv(-30℃) (J) 弯曲试验

焊缝母材

对接513（焊缝）

514（母材）

107

100

65

142

140

99

面弯、背弯各两

件合格

T型角接按JB4708-92标准宏观金相检验，焊缝根部焊透，焊缝金属和热影响区未发现裂纹、未熔合等缺陷

表6 焊接工艺参数

4.1 焊前准备

焊件坡口尺寸及型式符合图纸及工艺规定，施焊前将坡口两侧各50mm范围内的油漆、污物、毛刺等清理干净。焊条在保温筒中按规范要求烘干（380℃×2h），以降低扩散氢含量，防止裂纹及气孔。

4.2

（1）宜采用小规范焊接，严格控制线能量，以使焊接接头的力学性能处于最佳状态。焊接时焊条不做横向摆动，避免增加线能量而降低焊缝的性能，并能保证焊缝金属很好的熔入母材中。

（2）定位焊的长度与宽度应与母材的厚度及焊接位置适宜，焊前将定位焊接部位两端磨平并平滑过渡。为避免根部焊道与定位焊的链接处出现裂纹，最好再焊至定位焊部位之前用砂轮将定位焊全部磨掉，通过打磨会产生最好接头熔深，焊接中间要保持焊缝的间隙，以防止收缩而产生未焊透缺陷，同时也能保证对母材的稀释作用降到最低限度。

（3）引弧必须在坡口内进行，因为电弧伤及母材表面时会大大降低该处的耐蚀性。施焊时焊缝的起点可能会有气孔出现，在焊缝末端可能会有缩孔或者火口裂纹，这主要是焊狐突然熄灭发生收缩引起的。因此，最好的解决办法是磨掉所有的起弧点和收弧点以保证质量。

4.3 焊接过程中的抽查

对焊接线能量、焊接顺序、焊层清根等情况进行抽查，有违反工艺规程的及时纠正。4.4 焊后检查

虽然09CrCuSb钢具有很高的耐蚀行，但这种钢的使用环境是相当苛刻的，处在稀硫酸腐蚀的条件下，当焊接接头带有裂纹或者尾寒头等缺陷时，12mm厚的09CrCuSb钢板在2~3月就会腐蚀穿透，因此，要求09CrCuSb钢的焊接接头必须满足以下条件，以确保焊接质量，延长设备的使用寿命：

（1）焊后按技术要求对焊缝外观进行检查，符合下列要求：

焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑和夹渣等缺陷并不得保留有熔渣和飞溅物；

焊缝表面不允许咬边；接头焊缝及母材呈圆滑过渡。

（2）焊缝外观合格后根据图样要求对设备A、B类焊缝进行100%RT探伤检查，符合JB4730-94Ⅱ级合格，若发现缺陷应立即返修直到合格为止。

（3）对设备上公称直径小于250mm的接管与长颈法兰、接管与接管对接的焊接接头进行MT检测，符合JB4730-94Ⅰ级合格。

5 结论

（1）通过对酸性气燃烧炉的实际焊接，结果证明09CrCuSb钢板的可焊性良好，采用适宜的焊接规范及焊接程序，可以获得满足使用要求的焊接接头。

（2）为了保证设备的耐硫酸露点腐蚀性能，不仅要求09CrCuSb钢板具有合格的化学成分，还要保证焊接接头无裂纹、咬边等缺陷，而且该钢板的对接接头必须进行100%RT探伤检查，符合JB4730-94Ⅱ级合格。