分离器09MnNiDR低温钢焊接技术

分离器09MnNiDR低温钢焊接技术

发表时间：2018-08-17T15:31:41.467Z 来源：《电力设备》2018年第13期作者：胡代刚[导读] 摘要：分离器 09MnNiDR低温钢焊接中，保证设备主材焊接接头低温冲击韧性符合技术要求至关重要，通过对其进行焊接工艺评定，找到了影响低温冲击功的主因，提出了焊接这种低温钢分离器的合适工艺方法。

（东莞市永强汽车制造有限公司东莞 523400）

摘要：分离器 09MnNiDR低温钢焊接中，保证设备主材焊接接头低温冲击韧性符合技术要求至关重要，通过对其进行焊接工艺评定，找到了影响低温冲击功的主因，提出了焊接这种低温钢分离器的合适工艺方法。

关键词：低温钢；冲击韧性；焊接工艺；评定试验

1.前言

岳阳某公司委托制造的分离器，设备主材选用09MnNiDR 低温钢，其设计技术参数如附表1。因是首次承制这种低温钢容器，对我们最大的挑战是如何解决好焊接接头的低温冲击韧性（或低温冲击功）。通过分析研究这种低温钢的力学和工艺性能特性后，我们制订了详细的焊接工艺方案，经过多次反复试验与测试，最终取得了焊接接头低温冲击功达标之目的，有力保证了分离器产品的焊制质量和交付期。

我们为解决09MnNiDR低温钢焊接接头低温冲击功达标采取了如下工艺步骤：首先，拟定试板焊接需要的预焊接工艺规程（即pWPS）；

第二步，安排合格焊工按pWPS焊接试板；

第三步，根据NB/T47014-2011标准要求，制备需要的试样（注：试样取样数量依据试验项目而定）；

第四步，对试样进行力学和弯曲性能试验与检验；

第五步，对试验与检验结果进行综合评价；

第六步，结论。

本文结合此次成功焊制09MnNiDR材质分离器，简述实现这种低温钢焊接接头冲击韧性达到设计要求的焊接工艺方法，供同行分享、借鉴。

2 设备结构与技术参数

2.1 分离器的结构简图见图1，其技术参数见附表1

2.2 分离器主材化学成分与力学性能

分离器选用的主材牌号为低温钢09MnNiDR，其化学成分见附表2，力学性能见附表3

3 焊接工艺评定试验

3.1 焊接工艺评定试验标准及焊接方法

1）焊接工艺评定标准：NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》、NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》、NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能》；

2）焊接方法：分离器的纵环焊缝采用双面埋弧自动焊，人孔、接管与筒体、法兰的组焊缝采用手工焊条电弧焊；

重点对分离器主要受压部件的A、B类焊接接头焊缝金属和热影响区的低温韧性进行焊接工艺评定。

3.2 焊接试验用试板母材和焊材

试板母材：09MnNiDR低温钢板为太钢生产，正火状态。

焊材：焊条W707A为锦州特种电焊条有限公司生产，焊丝H10Mn2为大西洋焊接材料有限公司生产，焊丝JW-1为锦州锦泰牌，焊剂YD507A和SJ101为洛阳牡丹焊剂有限公司生产。

焊接试板09MnNiDR低温钢板的化学成分见表2，其力学性能见表3；施焊用焊材的化学成分见表4，其力学性能见表5。

因受进口焊材订货周期长和价格贵等因素所限，我们选择国产焊材：a）手工焊条电弧焊选用W707A焊条；b）埋弧焊选用H10Mn2焊丝与YD507A焊剂。经反复多次试验，发现H10Mn2与YD507A配合焊接的焊缝金属的低温冲击功难以达到目标值，查实得知其主因是与YD507A焊剂配用焊丝含锰量必须达到1.9%~2.2%，而按GB/T12470-2003规定H10Mn2焊丝含锰量的上限值仅为1.9%，同时还发现使用YD507A焊剂的焊缝极易产生超标气孔，后改用JW-1焊丝配SJ101焊剂达成了目标。

3.3 焊接坡口形式设计与制备

根据09MnNiDR低温钢的性能特性与产品设计图样技术要求，焊接试板的坡口形式按图2所示对应焊接方法选择、制备，坡口加工方法以冷加工为主（如铣削或刨削），如是采用热加工方法，则要对影响焊接质量的表面层用冷加工方法去除。

3.4 试板焊接

焊接工艺参数及施焊技术、技能对焊接接头的低温韧性影响非常大。为确保焊接接头具有良好的低温韧性，严格控制焊接线能量和层间温度尤为关键。基于此，我们制定焊接工艺规范的原则是采取小电流，多层多道焊，手工焊条电弧焊时要求快速运条，不作横向摆动。焊接试板对接接头焊接工艺规范见表6。

3.5 焊后热处理

为保证09MnNiDR低温钢焊接接头的组织均匀、晶粒细小，冲击韧性符合要求，严格控制焊缝的焊后热处理温度与时间非常必要。经过试验，确定了产品正火及焊后消应力退火温度及保温时间，详见表7的《对接接头焊后热处理工艺规范》与图3的《热处理时间---温度记录曲线图》。

3.6 试验结果

试样编号H01~H04共4块焊接试板，经X射线探伤合格后，按NB/T 47014-2011 标准取样和试验，试验结果：全部合格（见表8）。

4 产品施焊

结合分离器的结构特点，依据经评价合格的焊接工艺，编制产品施焊用焊接工艺作业指导书，对设备封头拼接对接焊缝，锥体拼接对接焊缝，筒体纵环焊缝，以及封头、锥体分别与筒体的组焊环焊缝（即分离器中的A、B类焊接接头）均采用埋弧自动焊，其它如C、D类焊接接头则采用手工焊条电弧焊。设备组装焊接（包括筒体板拼焊时所带的4副产品焊接试板）后经无损检测，焊缝质量全部符合图纸技术要求，产品焊接试板的力学性能检测结果也均合格。

5 分析和讨论

5.1 09MnNiDR低温钢板无论是其单独进行焊接工艺评定，还是其作为分离器产品焊接试板，在取样进行夏比（V型缺口）低温冲击试验中，发现试样加工精度对冲击值影响是比较大的，因而选择质量可靠、精密度高的铣刀加工试样V型缺口非常必要。

5.2 若干次试验表明，09MnNiDR低温钢焊接接头的低温韧性不仅与焊接线能量密切相关，也与焊丝含Mn量有一定的关系；此外，无论是选用YD507A还是SJ101焊剂，当配用焊丝的含Mn量≤1.9%时，低温冲击功就很难达标。我们在试验过程中也曾测出低温冲击功不合格的焊缝含Mn量仅为1.3%，合格焊缝的含Mn量为1.8%。

6 结论

1）严格控制焊接线能量和层间温度是低温容器焊接的关键； 2）只要焊材选用合理，焊接工艺方法与措施正确，低温容器选择09MnNiDR钢焊制，其焊接质量和低温冲击韧性是可以得到有效保障的；

3）YD507A焊剂与H10Mn2焊丝相匹配焊接时，接头的低温韧性很难达标；SJ101焊剂配用含Mn量较高的JW-1焊丝焊接，可以获得满意低温冲击功焊缝的；

4）低温埋弧焊材的品种有待开发，质量也亟待提高。

参考文献：

[1].周振丰、张文钺编《焊接冶金与金属焊接性》机械工业出版社

[2].朱学仪编《锅炉及压力容器用钢标准手册》中国标准出版社 2008.3

[3].GB3531-2014 《低温压力容器用钢板》

[4].NB/T 47014-2011 《承压设备焊接工艺评定》

[5].NB/T 47015-2011 《压力容器焊接规程》