3m³鋼制低溫壓力容器焊接技術(shù)的設(shè)計(jì)研究

李禹萱 劉堯堯 宋金寶 王超 段繼鵬

摘 要：能夠?qū)崿F(xiàn)3 鋼制低溫壓力容器焊接，這種技術(shù)是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)、難點(diǎn)，能夠在低溫條件下實(shí)現(xiàn)完美的焊接過程，是一個非常關(guān)鍵及重大技術(shù)創(chuàng)新，通過了解焊接材料的特性與焊接過程中各種問題的出現(xiàn)，最終選取了合適的焊接材料及最優(yōu)的焊接技術(shù)。本次設(shè)計(jì)通過對3 鋼制低溫壓力容器的規(guī)范的認(rèn)識與學(xué)習(xí)，選取材料16MnDR進(jìn)行焊接試驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用，在焊接過程中，在觀察過程中了解了16MnDR低溫鋼焊接的特點(diǎn)與焊接時(shí)易出現(xiàn)的問題，明確了焊接時(shí)應(yīng)注意的問題，最終將焊接工藝組合拼接，進(jìn)行多次優(yōu)化試驗(yàn)，確定采用埋弧焊技術(shù)焊接，同時(shí)采取與之對應(yīng)的合理工藝參數(shù)，針對焊接過程中易產(chǎn)生焊接缺陷的原因，制定了可行的預(yù)防方案。

關(guān)鍵詞：16MnDR；低溫壓力容器；埋弧焊；工藝參數(shù)

一、論文選題的意義

壓力容器是一種比較特殊的焊接結(jié)構(gòu)容器，在工作過程中比較容易發(fā)生事故，并且事故的危害比較嚴(yán)重。我國的壓力容器的焊接制造方面，與國外還存在一定的差距，專業(yè)化水平比較低。3 低溫壓力容器相對于大中小型企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中相當(dāng)重要的產(chǎn)品，經(jīng)過了解特種容器的制造與加工技術(shù)，決定對3 低溫壓力容器的焊接技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與焊接，目前國內(nèi)市場對3m3低溫壓力需求穩(wěn)定，并且需求量大，生產(chǎn)前景可觀。其焊接技術(shù)與工藝水平是其核心技術(shù)。

二、材料焊接技術(shù)的要求

1.焊接材料的特性

16MnDR低溫鋼被大部分企業(yè)用于設(shè)備與零件的加工制造。16MnDR低溫鋼通常是合金元素的固溶強(qiáng)化與晶粒細(xì)化的組合，通過正火處理得到均勻的細(xì)化晶粒，使其低溫韌性更優(yōu)。

16MnDR低溫鋼中Mn元素能夠抑制脆性，而C、P、S、Si、O元素會提高脆性，尤其是C、P的影響[9-10]。低溫鋼在回火過程中，會有碳化物析出，回火溫度太高會使碳化物增加，最終影響材料低溫沖擊的韌性。

三、焊接方案與基礎(chǔ)條件確定

1.焊接方案的確定

選取多組試板配合不同工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，通過焊接結(jié)果確定最佳組合參數(shù)，試板采用四種類型的坡口：I形、Y形、雙Y形與V形，每種試板分別進(jìn)行試驗(yàn)：直接埋弧焊，采用直徑 2.5 H08Mn2MoA焊絲打底，直徑 4 H08Mn2MoA焊絲填充蓋面；氬弧焊打底，用埋弧焊 4 H08Mn2MoA的焊絲填充其蓋面；氬弧焊打底，采用埋弧焊 2.5 H08Mn2MoA焊絲填充其蓋面；氬弧焊打底，采用電弧焊填充它的1道蓋面，埋弧焊 4 H08Mn2MoA焊絲填充其蓋面；氬弧焊打底，電弧焊填充1道蓋面，埋弧焊 2.5 H08Mn2MoA焊絲填充蓋面；反面Y形坡口，手工焊打底，碳弧氣刨正面坡口后，埋弧焊對其正面填充2道；組對過程中，通過調(diào)整試板組對間隙，按照上述六種焊接方法，尋找合適的組對間隙、焊接參數(shù)。對各組焊縫拍攝宏觀照片，對焊縫進(jìn)行無損檢測分析，最終對各組焊接接頭組織進(jìn)行機(jī)械性能、力學(xué)性能分析測試，開展不同工藝參數(shù)下的焊接接頭組織性能分析，分析選取最優(yōu)坡口類型及工藝參數(shù)進(jìn)行試制件加工。

四、焊接工藝的制定

1.焊接材料的選定

結(jié)合低溫壓力容器的沖擊韌度要求，根據(jù)等強(qiáng)原則，選用焊材如下：

埋弧焊絲 H08Mn2MoA， 4 ，符合GB/14597-1994。

氬弧焊絲 H08Mn2SiA， 4 ，符合GB/14597-1994。

點(diǎn)固用焊條 J507RH， 3.2 ，符合GB/5117-1995。

焊 劑 HJ350，符合GB/5291-1999。

五、總結(jié)與展望

低溫鋼焊接質(zhì)量直接影響壓力容器設(shè)備的正常運(yùn)行，焊接過程中，每個焊接工序都要嚴(yán)格要求，最終才能確保良好的焊接質(zhì)量。必須做到以下幾點(diǎn)：

1.思想上，真正的重視工作的性質(zhì)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)理論知識，熟悉與壓力容器有關(guān)的所有知識。

2.實(shí)際操作中，要嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，尤其要采用小的線能量。

3.重視產(chǎn)品試板焊接的每一個步驟，保證力學(xué)性能試驗(yàn)檢測一次通過。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王志斌.壓力容器結(jié)構(gòu)與制造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1.

[2] 陳裕川.低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.7.

[3] 陳裕川.鋼制壓力容器焊接工藝（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.7.

[4] 奚泉.埋弧焊技術(shù)[M].北京： 中國勞動社會保障出版社，2011.3.

[5] 中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊第二卷[M].2版.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[6] 崔忠圻，譚耀春.金屬學(xué)與熱處理[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[7] 丁啟湛，丁成鋼，史春元.低溫用鋼的焊接[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[8] 陳曉，秦曉鐘.高性能壓力容器和壓力鋼管用鋼[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[9] 李文錢，馬光亭.熱處理對16MnDR低溫壓力容器鋼板組織和性能影響[J]. 山東冶金，2011，33（5）：102-103.

[10]張蕊華，劉龍輝.超高壓金屬橡膠精密流量閥的理論建模[J]. 流體機(jī)械，2012，40（8）：27-29.

[11] 上海市焊接學(xué)會.現(xiàn)代焊接生產(chǎn)實(shí)用手冊[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[12] 吳樹雄，尹世科.焊絲選用指南[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[13] 陳滏方.埋弧焊[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[14] 張赤心，陳專.鍋爐壓力容器焊工培訓(xùn)教程[M]. 北京： 中國勞動出版社，1991.

[15] 劉延費(fèi).鍋爐壓力容器的焊接[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[16] 程樹翔，馬曉梅.壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測[J]. 信息技術(shù)，2001（11）.