低温用3.5Ni钢管的焊接性试验研究

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第 1 8卷第 2期2 0 0 5年 3月

D v lp n e eo me t& I n v t n o c ie y& ee t c l p o u t n o ai f ma h n r o l cr a rd cs i

机电产品开笈与钏崭

VOI NO2 . 8. . 1

Ma. 0 5 r. 0 2

低温用 35 i .N钢管的焊接性试验研究陶象明(子石油化工工程公司扬项目部，江苏南京 204 ) 10 8

摘要：在工期紧张无法进行焊后热处理的情况下，通过焊接试验，制定合适的焊接工艺，将 35低温 .Ni钢管焊接线能量控制在 1 k/ m以内，并采用焊后氩弧重熔工艺，控制焊缝粗晶组织的出现，从 8J c而保证接头的低温冲击韧性。 关键词：35钢；焊接；试验 .Ni

中图分类号：T 4 G

文献标识码：A

文章编号：10— 6 3 (0 5 2 0 5 0 0 2 6 7 20 )0— 2— 3

0引言低温冲击韧性是金属材料在某一低温条件下受冲击力作用而不被破坏的能力，是对低温用钢材料最基本的性能要求，是低温材料强度和塑性的一种综合指标，它要求必须保证在使用温度下有足够的 V型缺口冲击值。

但由于其合碳量及碳当量较低，通常情况下产生冷裂纹的倾向并不严重。考虑到冬季施工，环境温度较低，制定了预热 10 0℃的工艺措施，以减缓冷却速度，防止冷裂纹的产生。

12焊接材料 .焊缝成分中 C、 0、、S P、N、H等有害杂质元素对焊缝韧性不利。在焊接时应选用与母材同一合金系且杂质元素含量低的焊接材料，同时加强熔池保护，防止有害气体的侵入。在试验中选用了 r一 N钨极氩弧焊丝和 N一 N I 3 BS B 3

对 3 N钢而言，为保证焊缝低温冲击韧性，其焊接关 . i 5键在于选择正确的焊接材料，适当的焊接线能量以及焊后热处理措施。

低氢焊条。其化学成分见表 2。

1 35钢管的焊接性分析 .Ni3 N钢属于低合金铁素体型低温钢，一 . i 5成分及机械性能见表 l。表 1 35钢管材主要化学成分及机械性能 ( 4 o正火 ) .Ni 8 0CT b 1 M an c e ia c a . i

h m c l om p en sa d m e h nc on t n c a i

化学

l_ c T a b 2焊材规格( ) mm C S i Mn

e n t r化学成分 ( %)P S Cu Ni MO, 34 0 2 .6 .6

TGS 3 - N中2 6 0.4 0 3 08 0o 6 0 0 8 0 1 34 0 1 . 0 .5 .6 o .0 .2 .7 .5 NB一 N 3中3 2 0. 0 3 1 0 0.0 0O 4 . 4 0 .4 . o O6 0

p r r n eo .N te i ( r liga 4% ) ef ma c f 5 i e l p Nomain t 0 o 3 s p e z 8

项目 l ( S( M ( P () N ( 13焊接线能量 % i ) no和S% i )l . C )%/ a ) %标值 l o8 .05 .0≤ . 3N8l准≤. 1 . 3 . 1 0~3 0~6 o3 .3 0 2.焊接线能量对低温韧性的影响主要是当选择过大的验收 1 06』0 2 1 0 5值 . 0 . . 2 5l标准值 f/25 f> 5 > 4 t 0 4

『项目 l p{o( a 8% (a oM )。 p 1 A J M) f ( )≥3 O>O 1

00 I3 5『焊接线能量时，高温停留时间变长，冷却速度减慢，会 .7 . 0 4使过热区晶粒变大，从而导致低温韧性下降。为改善焊缝低温韧性，除了选择正确的焊接材料，焊接过程中还必须严格控制焊接线能量及层间温度。

l验值 J 3 收 4 9

5 2 4

4 1

9 9

从表 l可计算出碳当量为 017 U .% I 7。经分析可知， 该材料具有含碳量低，淬硬倾向小的特点。为适应低温工作要求，焊接关键除了要防止出现冷裂纹外，还要保证焊缝的低温冲击韧性。

14焊后热处理 .在扬子 4 0万吨/乙烯改扩建工程施工期间，由于年进口 3 N钢管交货期晚，无法加大预制深度。针对大 . i 5修改造任务重，时间紧的特点，在焊后热处理来不及实施的情况下，采用氩弧重熔工艺 (不添加焊丝增加一即道重熔焊道 )目的是使盖面焊缝粗晶区组织得到细化，, 低温韧性得到

改善。采用该工艺虽然可以细化晶粒，但与焊后热处理相比，其细化晶粒改善韧性的能力毕竟有限，所以在焊接时必须严格控制焊接线能量，尽可能减

11冷裂纹 .冷裂纹是焊接结构的一种致命性缺陷，对于 3 N . i 5

低温钢而言，虽然由于 N的加人提高了钢的淬透性， i收稿日期：2 0— 9 0 0 40— 1

作者简介：陶象明 (9 8 ) 16一，男，工程师。

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小粗晶区。

值。由于水平固定焊口 3点钟及 9点钟位置附近既有立焊，又有“坡焊”爬，焊接情况较为复杂，并且焊接速度相对较慢，热输入相对较高。该两点附近也就成为硬度值相对较高的部位，在测量时选取 3点钟及 9点钟位置。

2接头的焊接选择中 (6 . 7 )mi的管材进行垂直固定位置 2 74 . x 8 l l和水平固定位置的焊接。

而在垂直固定焊缝位置中，由于全部是横焊位置，焊接条件一样，不象水平固定位置那样复杂，在测量时则任取相隔 10的两个位置。以上各处分别测出母材、热影 8。响区、焊缝各 3个值，所测布氏硬度值列于表 5、表 6。表 5第一组取样点实测布氏硬度 HB值 Ta 5 b. Bu h h r n s a u fg o p 1s m pe s a d e sv le o r u a l焊接位置取样点A WS/D一1 6 B A WS/D一1 7 B

21坡口型式及焊接顺序选择 .采用图 1所示 7。型对接坡口型式，钨极氩弧焊 OV

打底，手工电弧焊填充盖面 (以下简称氩一联焊 )图电。 1中 1、3、5表示接头焊接顺序，其中 WS D 1、2、4/一6表示垂直固定位置氩一电联焊，WS D 1示水平固定/一 7表位置氩一电联焊。

热影响区1 6 1,8 8,89 1 7 1 51 517 8 . 8 .8 1 96 1 3 92 1,9 1 41 81 8 . 8 .88

焊缝2012,0 ,012 6 20, 4, 2 821 21 20,0821 62, 4 21, 221 221, 8

2_焊接工艺选择 2根据以上所述， 制定了氩一电联焊，

焊前

预热 I0C,控 O￣制层间温度 10~ 0 1 0c,焊后氩弧重熔 5o

注：母材硬度 111 3 HB17 436￣ 7

表 6第二组取样点实测布氏硬度 HB值Ta . Bu h h r n s au fg o a l b6 s a d e sv le o r up2 s mpe焊接位置WS/D一1 6

j

)

的焊接工艺。 为确定合适的焊接线能量，采用两组不同焊接线能量的工

取样点A B A

热影响区1 0.9 .95 9 1 01 1 01 217 8 8 8 1 62,03 9,002 1 21 O14 8 . 8 .8

焊缝2 824,5 3, 22 0 21 . 42 3 822 .2 2, 82 0 4124,4 2 022 2 2, 52 2

WS/D一1 7 B

艺参数进行对比试验，

制定的有关工艺参数图 1坡口型式及焊接顺序图Fi . Gr o e t p n g1 o v y e a d we d n e u n e l ig sq e c

注：母材硬度 HB1 5 HB1 8 6￣ 7

以及实测焊接速度列于表 3、表 4。

比较表 5、表 6硬度值可以看出，第一组实测取样点布氏硬度均在 H 2 0以下，而第二组实测取样点焊缝 B2部位的布氏硬度值较高，且均在 HB 2 20以上。

表 3第一组焊接工艺参数表Ta 3 W edn r c d a a e er fg ou b. lig p o e ur p r m t r p 1 e oW S D.1 / .6 W S D—1 / .7

32低温冲击韧性 A值试验 _在焊接性分析的基础上，重点做了接头的低温冲击4 重熔10 3t s

焊接参数电流 ( A)

1 氩弧10 21 8

210 3

3 电弧焊10 3

410 2

5 重熔10 31 8

1 氩弧10 ot s

28 0

38 5

电弧焊

试验。取样位置与硬度值取样部位相同，低温冲击的温

度为一 0 11 o C,试样尺寸为 (x 0 5 )m 5 1x 5 m,冲击试验结果列于表 7、表 8。表 7第一组试样低温；击结果( 中单位： J )T b7 L w mp rt r a t e t e u f r u U i ) a . o t e ea u e

i c s rs l o p 1( n: mp t t g o t J焊接位置取样点AB

焊速

二：: __—

_ _亘二：二—互二 _

_[二二二2 3二

( mm.一) s

1 0 8 2 0 5 2t/ 0 0/ 0 6/I 0 1 0 6 1 0 8 8/ 0 3 0 t 0 2/5 4/0 0 5 2 0 6 2 0 . 0/ 0 3 2/0 0 7 5/ 5

箍

l 8 9 l 1 1 l l I 7 l l 5 2 5 7 1 7 9 _ _ 5 4 9 8表 4第二组焊接工艺参数表 T b4 W edig pr c u e p r e e f o p 2 a . l n o ed r aam t ro u grW S D一1 / 6 W S 1一1 /) 7

焊缝2 .1 0 0 1. 24 6. 9 92 52 1,72 31,7

热影响区2,71 8 79,02 . 5,9 55,4 1 1 111 0,,5

WS/D一1 6

焊接参数

1 氩弧

2

3 电弧焊

4

5 重熔

1 氩弧—

2

3

4 重熔

WS/D一1 7

A

电弧焊/ /

B

2,63 4 1 0

1 .,89 55 5,7

煎

一 3_— 0i t 1 8/

. 3— I0 0 2/ /

—1 8

l二一二二 2 51 8

1二 51 8

表 8第二组试样低温冲击结果(: 单位 J )T b8 L w mp rt r a t e t e u f r u Un: a. o t e e au ei c s r s l o p 2( i ) mp t t g o t J焊接位置取样点焊缝。 热影响区

亘_ )

二二 _二 6 2 _ _ z _ 2二 6 2 _=—~ 6二—

二二一 6 l 2

5 7 0/ 5 0/ 1/ 0 o,l 0 l 1/ 0 1 0 7 1 0 5 1 0 9 2 o 4 9/ 0 1 0 8 9/8 2 5 1 0 1 7 06 2/5 5 5 2/ 4

瓮 ) 9 2 2 2 2 l l 9 5 5 5 7 9 4 4 5 3 2

2 2 2 4 6 3

WS D/一

1 6

AB

2,7, 6. 7 351,76. 81, 5

11。

2, 1 49 5,313,5,92

3试验结果及分析31硬度值检验

.试管焊好后，每道焊缝分别选取两处测量布氏硬度2 6

WS D/一

1 7

AB

445,,1 559 0.,,

1,41 72,99,,4 86

根据施工规范[要求，3个试样冲击功的平均 3 J的值不小于 1J 0,且单个值不应低于 7。由此可以判断第 J

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一

组所做低温冲击值全部合格，而第二组中只有热影响

区的低温冲击值合格，焊缝部位低温冲击值均不合格。

33结果分析 .两组对比试验表明：第一组情况下焊接线能量小，均

在 1k e以下，其取样点实测布氏硬度值较低，均在 8J m/ H 20以下，低温冲击值也全部合格；第二组情况下焊接线 B2能量较大，大部分在 2/ m以上，焊缝部分实测布氏硬度￣ e( )热影响区部位 a ( )焊缝部位 b

值较高，均在 H 20以上，焊缝低温冲击值也不合格。 B2 对以上结果进行分析，两组参数下布氏硬度值及低温冲击值出现较大差异情况，主要是由于焊接线能量的不同而引起的。焊接线能量越大，单位长度焊缝的热输入就越高，从而导致焊缝及热影响区晶粒粗化，硬度值上升，塑韧性下降。 焊接线能量对布氏硬度值及低温冲击值的影响还可以从金相照片上反映出来。图 2、图 3分别为对比试验的两组金相照片。 从金相组织图上可以看出，在第二组中无论是热影响

图 3第二组工艺参数下的金相组织图Fi M ea lg a h c et r s l f g o p 2 g3 t l r p i ts e u to r u o

低温冲击值必然也会较高，这与试验结果是一致的。

4结论根据试验结果，对于 35 i温用管材，其焊接要 N低以防止出现焊接裂纹及保证焊缝和热影响区的低温韧性为出发点，应做到： ( )采用小电流多层多道焊接，严格控制焊接线能 1量 E,推荐将 E控制在 1 k/ m以内。 8J c

区还是焊缝部位，都存在不均匀粗大的 F P组织；而采用+较小焊接线能量的第一组 F P组织都明显均匀、细化，其+

( )采用氩弧重熔

工艺可以保证接头低温冲击值， 2 但必须控制氩弧重熔的焊接线能量不能过大，推荐也以小于 1 k/ m为宜。 8Je ( )现场检验过程中，为确保低温冲击韧性，布氏 3

硬度值须控制在 H 2 0以下，高于此值者需进行焊后热 B2处理后重测，如果仍不合格，则必须重新施焊。 参考文献：()热影响区部位 a ( )焊缝部位 b I

[l振丰， 1周张文钺 .接冶金与金属焊接性[】京：焊 M北机械工业出版社 1 9. 98.

F·‘r‘ ru ogu 1 Mt。a el frp g 2 a gp‘ st o ‘

图一工参下金组图 2第组艺数的相织

l[斯遥周丰等焊手[.京械业版，9 2重，振，.册M北：工出社13】接】机 9

l[中化十设司油工温焊规[12 3石第建公 .化低钢接程】9 1石 z9. .

W ed n s f Cr o e i 35 Ni S e l Pi e li g Te t o y g n c . te pT a g Mig A0 Xin - n

(r etDea meto n Z e o hmi l n ier gCo ay Po c j pr n fYag iP t ce c g e n mpn,Naj gJ n s 2 0 4,Ch a t r aE n i n n i gu 10 8 i a i ) nAb t a t Th p s sr c: e ot wed e t r a e t a n t e e o me d e o h t h c n t ci n c e u e Af r e i g e td n l h a te t n c n o b p r r d u t t e i t o s u t sh d l m f g r o t w l n tse a d e d.

eafhd tepat a we ig poe ue e c nrltewe igf e e eg fte 35 Nicygnc s e pp i i 1K/m. s b se h rcc l n rcd r,w o t h l n n n ry o h . ti i l d o d i ro ei t l i w t n Jc e e h 8a d e o m e t e TI n p r r d h f G r— u i n r c s a e w edn t a o d t e g o h o r i s u t r i w ed e f s p o e s f r o t l g

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农作物粉碎机””””””””””””””””:++++++++++++++++(专利号：9 2 2 0 ) 9 3 1 50 {:

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本机用途：主要针对我国农村广大养殖户粗饲料加工，可以切草粉碎多功能之特点，如各种青草、蔬菜、萝卜、南 t

i瓜、芋头、红薯及各种藤类，青饲料加工，可粗可细，粉碎玉米，辣子面，玉米杆，油菜杆。粗、细靠筛片孔眼大小控;制。技术特点：一机多用，快速方便，耗电量低，电压在 10伏以上都可使用，减少路上运输，节省开支。青饲料加工每； 7

t小时20 5公斤，玉米粉碎5公斤， 0耗电0度，时间2分钟， 0 . 3 0每5公斤玉米只需电费0 0 _元，动力 2加工每 5公斤玉米 t 0t10 20元，可节省开支，10 10元。 5~ 0 3~ 8 t

i+ t一++

单称：省开县农 位名贵州阳裕兴机厂通讯地址： (530 500 )贵州省开阳县裕兴农机厂南街 3 3号联系人：王登森一+一++一++·+·+一+一+·++·一+一+·+··+·+ -·“+++”++ .++ .一+”+“++++++++ +++++ .+ . . .+ .+ .+ . . .

i i电话： 8 1 7289 0 5— 203; t2 7

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