冷凝器

焊接工艺设计说明书

一、目录

二、工艺性分析

【1】产品简介

冷凝器：

三、主要零件

四、焊接

五、工艺卡

3.5Ni钢的使用温度一80～一101℃，具有良好的低温韧性（抗低温脆化）

摘自《焊接冶金学—材料焊接性》

（一）焊接性的概念

1.材料在焊接加工过程中是否容易形成接头或产生缺陷；

2.焊接完成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力，及焊接性不仅包括结合性能而且包括结合后的使用性能。

3.工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。

（二）影响焊接性的因素

材料、设计、工艺、服役环境。

1.材料（包括母材和焊接材料）：母材是3.5Ni钢，焊接材料焊条电弧焊时的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂。

2.设计因素：焊接接头的结构设计会影响应力状态，设计结构时应使接头处的应力处于最小的状态；

3.工艺因素：焊接方法和工艺措施。最常见的工艺是焊前预热、缓冷和焊后热处理，这些工艺措施对防止热影响区淬硬变脆、减小焊接应力、避免氢致裂纹等是较有效的措施。

4.服役环境：冷凝器的工作温度为低温—100℃以上，容易发生低温脆性破坏；冷凝器的冷却介质为甲烷烃，腐蚀程度为2，接头要求具有耐腐蚀性。

（三）材料焊接性的分析

1.焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力

焊缝熔池金属在结晶时，由于存在S、P等有害元素（如形成低熔点的共晶物）并受到较大热应力作用，可能在结晶末期产生热裂纹。

2.焊缝金属及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力

在焊接热循环的作用下，焊缝及热影响区由于组织、性能发生变化，加之受焊接应力作用以及扩散氢的影响，可能产生冷裂纹（或延迟裂纹）Ni3.5%钢，虽然由于镍的加入提高了钢的淬透性，但由于含碳量限制得较低，因此冷裂倾向并不严重。

3.焊接接头抗脆性断裂的能力

由于Ni3.5%钢在低温条件下使用，经冶金反应、结晶、固态相变等过程，容易发生焊接接头的脆性转变。

4.焊接接头抵抗再热裂的能力

再热裂纹是焊接接头在焊后消除应力热处理过程或长期处于高温运行中发生在靠近熔合线粗晶区的沿晶开裂。一般认为，其产生是由于焊接高温使HAZ（热影响区）附近的V、N b、Cr、Mo等碳化物固溶于奥氏体中，焊后冷却时来不及析出，而在PWHT（焊后消除应力热处理）时呈弥散析出，从而强化了晶内，使应力松弛时的蠕变变形集中于晶界。

5.抵抗层状撕裂的能力

钢结构的热加工使得金属晶粒沿变形形成纤维组织，使钢材沿轧制方向（纵向）的性能优于垂直轧制方向（横向）的性能，即使其各项异性增大。因此对于钢板应沿其横向切取试间进行拉伸和冷弯实验。钢中的硫化物和氧化物都非金属夹杂，经轧制之后被压成薄片，对轧制压缩比较小的厚钢板来说，该薄片无法被焊合，会出现分层现象。分层使钢板沿厚度方向受拉的性能恶化，在焊接连接处沿板厚方向有拉力作用（包括焊接产生的约束拉应力作用）时，可能出现层状撕裂现象。

（四）碳当量的计算

Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+ Mo/4+V/14（%）适用钢种：低合金高强钢：W c≤0.2%、W Si≤0.55%、W Mn≤1.5%、WCu≤0.5%、W Ni≤2.5%、W Mo≤

0.7%、WV≤0.1%、WCr≤1.25%

3.5Ni钢的化学成分：(摘自焊接冶金学—金属焊接性）

钢号 C Mn Si Cr Ni Cu Mo V

3.5Ni ≤0.17 ≤0.7 0.15-0.3

0 ≤0.5 3.25-3.7

5

0.3-0.

4

≤

0.55

0.04-0.10

经计算得Ni3.5%钢的碳当量等于：

Ceq=0.17+0.7/6+0.2/24+3.5/40+0.45/5+0.5/4+0.05/14（%）=0.601%

(一)低温钢焊接的主要问题：

Ni3.5%钢，虽然由于镍的加入提高了钢的淬透性，但由于含碳量限制得较低，因此冷裂倾向并不严重，焊接薄板时可以不预热，厚板时需要进行100℃预热。另外3.5Ni钢存在时效脆性和回火脆性的问题，会严重降低钢的低温韧性，为了改善钢的韧性，除了降低碳含量和S、P、O等含量外，应该对焊缝中的Si和Mn含量加以限制，Si和Mn 高时会形成明显的条状组织，韧性差；但是当含Si、Mn量太低，会导致焊缝含氧量增加。另外，在Ni3.5%焊丝中添加微量Ti后可以细化晶粒，改善焊缝的低温韧性。

（二）低温钢的焊条电弧焊

（1）焊条的选用

根据低温焊接结构的工作条件，所选焊条应使焊缝达到不低于木材经过焊接后的最低韧性水平。承受交变载荷或冲击载荷的结构，焊接金属应具有较好的抗疲劳断裂性能、良好的塑性和抗冲击性能。接触腐蚀介质的结构，应使焊缝金属的化学成分与母材大致相同，或者用能保证焊缝及熔合区的抗腐蚀性能不低于母材的焊条。

（2）焊接工艺要点

低温钢焊接时要求采用较小的热输入，选用的焊条直径一般不大于

4mm。尽量采用较小的焊接电流，以减小焊接热输入，保证接头有足够的低温韧性。横焊、立焊和仰焊时使用的焊接电流应比平焊时小10%。应采用多道层多道焊，每一道焊接时采用快速不摆动的操作方法。

（三）低温钢的埋弧焊

（1）焊材（焊丝和焊剂）的选择

3.5Ni钢选用Wni=3.5%焊丝，低温钢用埋弧焊焊剂常采用碱性焊剂或者中性焊剂，以使焊缝金属具有良好的低温韧性。

钢号工作温度/℃焊剂配用焊条

3.5Ni钢-90 SJ603 H05Ni3A

(2)焊接工艺

埋弧焊的热量输入比焊条电弧焊大，故焊缝及热影响区的组织也比焊条电弧焊的粗大，为了保证焊接接头的韧性，一般采用直流焊接电源，（焊丝接正极）。