尹偉+周珍珍+張慶素

摘要： 采用氬弧焊和埋弧焊的方法焊接了3.5Ni鋼板材，研究了不同焊接工藝參數(shù)對(duì)3.5Ni鋼-101℃沖擊韌性影響，通過試驗(yàn)掌握3.5Ni鋼的焊接和材料性能，提出了最佳的焊接工藝參數(shù)，為3.5Ni鋼低溫容器設(shè)備的制造提供了可靠的質(zhì)量保障。

關(guān)鍵詞： 3.5Ni鋼；焊接材料；沖擊韌性

中圖分類號(hào)： TG 444

Abstract： Key words： 3.5Ni steel；welding material； impact toughness

0前言

隨著石油化工和煤化工的發(fā)展，對(duì)低溫設(shè)備的需求越來越多，掌握低溫鋼材的焊接技術(shù)及其制造技術(shù)是關(guān)鍵。3.5Ni鋼是含Ni系列鋼材的一種，其中最低使用溫度要求滿足在-101 ℃下的各項(xiàng)性能，其技術(shù)難點(diǎn)在于如何解決3.5Ni鋼焊接接頭的低溫沖擊韌性問題。低溫容器不僅要求鋼材具有良好的性能，而且要求通過焊接、熱處理后焊接接頭也要保證低溫使用要求，因此對(duì)焊接材料的選擇和焊接工藝的制定要求較高，研究在于掌握焊接最佳工藝和焊接材料的選擇，從而解決實(shí)際產(chǎn)品焊接工程中遇到的低溫沖擊不足問題。

1母材3.5Ni鋼和焊材的性能指標(biāo)

3.5Ni鋼板材的強(qiáng)度和沖擊韌性都不存在問題，主要關(guān)鍵問題是焊接接頭的沖擊性能，為此焊接材料的選擇采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焊材，哈焊所威爾公司生產(chǎn)的氬弧焊材料HS06Mn35DR和埋弧焊材料H06Mn35DR/SJ208DR。板材的成分及性能主要依據(jù)ASTM A203E的相關(guān)規(guī)定，焊接材料的成分及性能主要依據(jù)AWS A5.23、AWS A5.28和NB/T47018—2011標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其中焊接的低溫沖擊性能由原來的-101 ℃時(shí)大于等于27 J提高到34 J?；瘜W(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。

2母材3.5Ni鋼焊接性試驗(yàn)

2.13.5Ni低溫鋼焊接特性

3.5Ni低溫鋼在條件苛刻的插銷冷裂紋和再熱裂紋試驗(yàn)中均未發(fā)現(xiàn)裂紋傾向[1]，在小鐵研試驗(yàn)和大量的試板焊接中也未發(fā)現(xiàn)冷裂紋和再熱裂紋。焊接過程關(guān)鍵在于要盡量較少焊縫和HAZ的過熱造成的組織粗大及焊縫中的一次結(jié)晶組織，防止碳和其它雜質(zhì)元素的滲入[2，3]，焊接時(shí)盡量采用較小的焊接線能量，為此埋弧焊材料采用3.2 mm規(guī)格焊絲，或更小規(guī)格焊絲進(jìn)行焊接，焊接過程中采用多層多道焊，控制層間溫度小于等于100 ℃，同時(shí)選擇合理的熱處理工藝保證優(yōu)良的低溫沖擊性能。

2.2焊接接頭各項(xiàng)性能試驗(yàn)

3.5Ni鋼需要進(jìn)行焊后消應(yīng)力處理，使組織成分均勻化。焊后熱處理工藝采用590 ℃×5 h，焊接方法采用氬弧焊，材料為HS06Mn35DR焊絲規(guī)格2.5 mm×1 000 mm，埋弧焊焊絲H06Mn35DR/SJ208DR，規(guī)格3.2 mm，10～60目，工藝參數(shù)化學(xué)成分和力學(xué)性能如表3～表6所示。

4件試樣無裂紋

試驗(yàn)結(jié)果表明：接頭的焊縫和熱影響區(qū)HAZ低溫沖擊韌性比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值高得多，具有一定的富余量，但與焊材熔敷金屬和板材的低溫沖擊韌性相比下降明顯，其中焊縫區(qū)域下降較多，是整個(gè)接頭的薄弱環(huán)節(jié)，說明在產(chǎn)品的制造過程中，低溫沖擊韌性是關(guān)鍵。拉伸性能和彎曲性能較好。

3不同焊接工藝參數(shù)對(duì)接頭低溫沖擊韌性的影響 不同的焊接工藝參數(shù)，對(duì)焊接接頭低溫沖擊韌性會(huì)帶來一定影響，焊接規(guī)范太小，焊接效率降低或焊道成形變差，焊接規(guī)范太大，延長冷卻時(shí)間晶粒長大，必然會(huì)影響沖擊性能?？紤]到實(shí)際焊接過程中，焊工的操作，設(shè)備的差別都會(huì)有一定的波動(dòng)，為此要掌握最佳的焊接工藝范圍，保證接頭具有較好的沖擊韌性，其中氬弧焊材料焊接工藝影響較小，針對(duì)埋弧焊材料進(jìn)行研究，主要研究焊接電流、層間溫度兩個(gè)關(guān)鍵焊接參數(shù)，對(duì)低溫沖擊韌性的影響規(guī)律，不同的焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)如表7所示，相對(duì)應(yīng)的焊縫和熱影響區(qū)低溫沖擊韌性如表8所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著焊接電流的增大，焊接熱輸入增大，沖擊吸收能量逐漸下降，隨著層間溫度的提高，沖擊韌性下降明顯，當(dāng)其它參數(shù)一致時(shí)，層間溫度≥150 ℃，沖擊韌性不滿足AkV（-101 ℃）≥34 J標(biāo)準(zhǔn)要求。一般情況下，焊接熱輸入小，層間溫度低，柱狀晶細(xì)小，多層焊時(shí)，后續(xù)焊道對(duì)前面焊道起到正火作用，細(xì)晶粒較多，沖擊性能好。熱輸入較大，層間溫度高，容易造成接頭和熱影響區(qū)組織過熱，產(chǎn)生過熱組織，而使其脆化，降低焊縫和熱影響區(qū)的硬度和韌性，易出現(xiàn)焊縫金屬的疏松和夾雜，細(xì)晶粒所占比例減小，沖擊韌性變差，為此嚴(yán)格控制熱輸入至關(guān)重要。

4結(jié)論

（1）低溫容器3.5Ni鋼具有良好的可焊性，但得到良好的焊縫低溫沖擊韌性是技術(shù)關(guān)鍵。

（2）采用國產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)焊接材料，可以滿足接頭的各項(xiàng)性能，低溫沖擊韌性具有一定富余量。

（3）不同焊接工藝參數(shù)對(duì)沖擊韌性影響較大，要制定正確的焊接工藝參數(shù)，同時(shí)嚴(yán)格監(jiān)督工藝參數(shù)的執(zhí)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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[3]龐輝勇，謝良法，李經(jīng)濤.提高3.5Ni鋼板低溫沖擊韌性的研究[J].壓力容器，2009，26（10）：5-11.