摘要：本文是通过低温材料09MnNiDR焊接接头低温冲击韧性影响要素的分析及焊接性能试验，选择合理的焊接方法并制定出了合理的焊接工艺，从而提高09MnNiDR焊接接头冲击韧性指标。
关键词：低温材料 09MnNiDR低温钢 焊接接头 低温冲击韧性
1 前言
近年来，随着石油化工行业的发展，低温材料被广泛的应用于石油化工行业。09MnNiDR在操作温度不低于-70℃时有着良好的冲击韧性，但现在越来越多的设计单位提高了对焊接接头的冲击韧性要求，要求焊接接头的冲击值不低于母材,所以必须从焊材、工艺等多方面进行优化。
2 焊接接头的性能要求
09MnNiDR低温钢为铁素体+少量珠光体型低温钢，按照GB3531-2014《低温压力容器用钢板》的规定，其在-70℃冲击值应不小于60J。我公司以往09MnNiDR的焊接工艺评定中冲击值普遍在30~70J之间，难以满足设计技术规范要求冲击值均不小于60J，因此如何获得良好冲击韧性的焊接接头，还需要进行进一步的焊接试验。
3 焊接接头低温冲击韧性影响因素
3.1 焊缝组织对低温冲击韧性的影响：
就焊缝组织基体而言，因为熔敷金属冷却是个连续的过程且冷却速度因环境及母材厚度不同存在差异，因而造成焊缝组织的复杂性，进而导致低温韧性的不确定性；
3.2 焊接方法对低温冲击韧性的影响：
采用不同的焊接方法及焊接坡口时，每种焊接方法对母材的熔合比不同，且每种焊接方式的热源集中系数不同，从而即使在相同的热输入的条件下，在不同焊接方法焊接情况下，每种焊接方式焊接接头低温韧性有较大的差异；
3.3 焊接参数对低温冲击韧性的影响：
焊接参数决定焊接热输入的大小，当同一焊缝采用不同焊接热输入时，焊缝的冷却速度将随之改变，从而影响焊缝金属的微观组织，焊缝的低温韧性也随时发生较大的变化；采用较小的热输入，降低对母材的熔合比，增强焊缝金属热循环过程，会大大的提高焊缝金属的低温冲击韧性。
3.4 热处理温度对对低温冲击韧性的影响：
回火参数(P)值对冲击性能影响很大，低温钢埋弧焊较P值在17.24~18.5之间，一般焊后如处理温度为540~600℃，随着保温温度的提高，低温钢熔敷金属冲击韧性明显提高；但当保温温度大于620℃时冲击韧性明显下降。
4 焊接工艺的选择
4.1 以延能化项目中的中压闪蒸塔为例，设备规格为φ2000×48450mm，主体厚度为δ60mm、δ40mm、δ24mm、δ14mm，故我公司初步确定的设备主体焊接工艺为埋弧焊自动焊，使用的焊材为哈焊所生产的H09MnNiDR(SJ208DR)。由于埋弧焊焊接电流、电压较大，薄板焊接如采用较大直径的焊丝进行焊接，焊缝熔敷金属在高温区域停留时间较长，因此当δ14mm筒体使用φ4.0mm埋弧焊焊接时焊接接头很难获得良好的冲击韧性的焊接接头，故此次埋弧焊工艺采用φ4.0mm和φ3.2mm两种规格的焊丝进行焊接。
5 工艺参数的优化
5.1 设备制造前对焊接接头低温冲击韧性进行试验,实验结果表明如仍按以往我公司制造 09MnNiDR低温钢焊接的工艺条件要素进行焊接，焊缝中心低温冲击韧性不能满足要求，因此需要对原焊接工艺进行改进。
5.2 为了使焊缝熔敷金属的低温性能满足要求，经过大量的焊接试验最终将埋弧焊的焊接参数、层间温度、预热温度、焊接热输入及热处理保温温度等焊接要素进行调整见表1：
6 焊接返修试验
6.1 在设备制造过程中，仅仅有合格的焊接工艺评定不一定能满足最终设备焊接接头的低温冲击韧性，因为每台设备的焊接必然存在焊接返修。实验证明同一部位的焊接在不同焊接方法的多次焊接情况下，必然会对焊接接头的冲击韧性带来较大的影响。
6.2 为了保证该设备焊接返修对返修部位焊接接头低温冲击韧性影响，需要对同一部位一次返修及二次返修后的冲击韧性分别进行验证并制定相应的焊接返修工艺；
6.3本次返修试验采用SMAW，焊材为W807Ni，规格为φ4.0mm和φ3.2mm，返修位置为平焊；对采用埋弧焊焊接焊接已合格试板上的两个区域进行一次返修和二次返修。返修完毕后进行模拟焊后热处理；热处理完毕后分别对三个区域进行低温冲击韧性进行检测。
6.4 实验结果证明，一次返修及二次返修后的冲击韧性均能满足要求，但热影响区的冲击韧性明显下降，热影响区冲击韧性由第一次平均178J下降至平均135J平均下降43J，故低温钢的焊接不宜进行多次焊接返修，应严格控制一次焊接合格率，确保焊接接头低温冲击韧性，保证产品质量。
7 结论
在现实生产过程中，只要选择合理的焊接工艺及焊接材料，严格控制焊接过程中的焊接要素及焊后热处理温度，09MnNiDR低温钢获得良好的低温冲击韧性焊接接头这一难题会得到充分的解决。
参考文献
[1] 刘会杰，焊接冶金与工艺性，北京：机械工业出版社 2007
[2] 国家能源局，NB/T47014-2011压力容器焊接规程，北京：新华出版社。
论文作者:苏韩
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：韧性论文; 低温论文; 温度论文; 金属论文; 焊接工艺论文; 方法论文; 较大论文; 《基层建设》2017年第18期论文;