低温球罐焊接论文1

1、50°c用15mnninbdr钢制低温乙烯球罐焊接质量控制摘要：着重介绍了-50°c用15mnninbdr低温乙烯球罐焊接质量控制要点，并针对冷裂 纹产生机理，阐述了预防裂纹产生的措施。词:低温球罐焊接裂纹控制乙烯工业是石化工业的龙头，乙烯球罐是乙烯裂解装置中关键的存储设备，在使用过程中操作压力高、温度低，安全性要求高，需设置可靠的保冷装置，使乙烯球罐在设计、选材、制造、施工等方面存在诸多技术难题，被公认为世界上制造难度最大的球罐。长期以来我国建设大型乙烯球罐主要依靠进口，近年来虽有部分乙烯球罐实现了国产化，但其最大容积为15001700 m3、设计温度为30-40

2、6;c 设计压力2.022mpa。2008年，我公司在天津石 化100万吨/年乙烯及配套项目中承接了 6台国产低温球罐，球罐容积为2000m3,设计温度-45°c,设计压力1.95 mpa (g),壁厚为47mm,结构形式为十柱混合四带式，材质为武汉 钢铁集团公司和合肥机械通用研究所共同研究开发的50°c用15mnninbdro选用的焊材为上海电力修造总厂有限公司研制的pp 557rh。我公司经技术攻关，较好完成了国产低温球罐焊接任务，六台球罐焊接一次合格率达99.3%。1、15mnninbdr材质简介1.1化学成分15mnninbdr钢板的化学成分要求见表1 ：表1元素c

3、simnpsninbalsce*(%)w0.180.154)5012-1.6).0200.010030-0.70o.o15-o.o4o0.015旬44注：ce二c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15(%)；12力学性能15mnninbdr钢板的力学性能要求见表2表2板厚mm取样部位拉伸试验冲击试验冷弯试验抗拉强度rm(mpa)屈服强度rel(mpa)延伸率a (%)试验温度冲击功值ak、，(j)b=2a180°平均值单个值47横向1/4板厚52062035020-50° c70d=3a注：1、冲击试验应进行夏比(v型缺口)冲击试验，试样尺寸为10x10x

4、55mm；2、三个试样中只允许有一个试样的冲击功小于70j,但不得低于49j。2、15mnninbdr低温球罐焊接控制要点21控制预热温度、层间温度及后热温度对板厚为47mm的15mnninbdr钢板进行斜y型坡口焊接裂纹试验，确定预热温度为 大于100°c。预热至100°c以上，由于在冷裂纹敏感温度区间之上停留的时间较长，大部分氢 己在高温下从焊接区逸出，当降至较低的温度时，残留的扩散氢已不足以引起冷裂纹，这就 是预热可以防止冷裂纹的原因之一。控制层间温度不能低于预热温度。但是层间温度又不能太高，层间温度过高会导致焊接 接头过热脆化，降低焊缝及热影响区的韧性，层间温度控制

5、在100°c180°co因冷裂纹存在潜伏期，一般在焊后一段时间后才会产生，所以在裂纹产生之前耍进行后 热消氢处理，使得扩散氢充分逸出，防止产生冷裂纹。后热不仅能消氢，也能韧化热影响区 和焊缝组织，后热温度为200°c250°c, 口寸间为1小口寸。2.2控制焊接顺序球罐焊接顺序应有利于减少焊接变形和残余应力，施焊顺序原则上先焊纵缝后焊环缝。 为了尽可能的减少残余应力，先焊接赤道带、温带纵缝，接着焊接上下极板的小立缝和极中 板的屮长缝，且中长缝焊接时应从屮间向两边施焊，然后焊接上下极方环缝和上下极环缝。 因为赤道带环缝最长，能更好的释放焊接产生的残余应力，

6、所以人环缝最后施焊。同时焊工 应对称、同时、同步、分段退步进行焊接，将焊接变形和残余应力降低到最低点。2.3控制焊接热输入严格控制焊接热输入是15mnninbdr低温球罐焊接质量控制的一个重要环节，从物理冶 金角度看，一般希望用最小的焊接热输入实现金属的熔焊。焊接热输入过高会影响焊后母材 热影响区的组织与性能，造成熔合线附近过热段晶粒粗人，致使韧性下降。韧性的下降直接 会导致15mnninbdr的冲击功值偏低，甚至不合格，所以焊接过程必须严格空控制好热输入, 平焊、立焊和仰焊热输入不得超过35kj/cm,横焊不超过热输入30kj/cmo热输入应按公 式(1)计算：q二nlu/u (1)上列式中

7、：q单位长度焊缝的热输入(j / cm)i焊接电流(a)；u电弧电压（v）；u焊接速度（cm / s）n热效率系数，焊条电弧焊为0.70.8。由此可见，焊接热输入与焊接电流、电压成正比，与焊接速度成反比。因为焊接电流越 大焊接速度越快，所用焊接时间就越小，所以单根焊条焊接的长度越大焊接线能量就越小， 只要严格控制了每根焊条焊接的最短焊道长度，基本控制了焊接热输入。根据精细的计算和 试验确定每根焊条焊接的最短焊道长度不小于90mmo o控制热输入的另一个途径就是控制焊接电流，焊接电流的增大直接导致热输入的增大。 而且焊缝角变形受电流的影响很大（特别是在外口焊接时），此次15mnninbdr低温球

8、罐的 焊后角变形尺寸要求不得大于5mm ,比普通材质的球罐要求严格很多（普通材质球罐焊后 角变形允许偏差一般为10mm ） o所以必须控制好焊接输入电流，并采用多层多道焊可以有 效地控制焊接热输入。2.4采用多层多道焊及回火焊道采用多层多道焊，每一层焊道厚度不超过焊条直径（4mm）,焊缝摆动幅度不超过焊条 直径的4倍（16mm）,如果焊道宽度超过此值必须分道焊接。坡口焊满后，在盖面层上加焊 一道凸起的回火焊道，焊后打磨时将回火焊道去除。釆用多层多道焊焊接时可以在很人程度上提高焊接速度，从而降低焊接线能量。多层焊 时，后层对前层有消氢和改善热影响区组织的作用，前层焊道的余热又相当于对后层焊道进

9、行了预热，第一层尚未完全冷却就开始施焊下一层，这样除了第一层焊缝和最后一道焊缝的 热影响区具有较高的冷却速度外，中间各层焊缝施焊时，热影响区的冷却速度均较低。因此 多层焊只要控制第一层焊道及最后一层焊道不出现裂纹，在焊接屮间各层焊道时，也不会出 现裂纹。为防止第一层焊道出现裂纹，在做好预热的同吋，增加第一层焊道的厚度也可以有 效地避免裂纹的出现（5-6mm）。为防止最后一层焊道出现裂纹及产牛淬硬组织，在盖面层 上加焊一道回火焊道。3、针对焊接裂纹的控制措施焊接结构产生的破坏事故大部分都是由焊接裂纹引起的。对于三类压力容器球罐，焊接 裂纹是焊接过程中产生的最危险的一种缺陷，所以控制焊接质量的另一

10、个重点就是采取有效 措施避免焊接裂纹的出现。按照裂纹产生的机理，我们施工过程所常见的有冷裂纹和再热裂纹。再热裂纹仅在含有 一定沉淀强化元素的金属焊件屮产生，如cr、mo、v等。这类钢材具有较高的再热裂纹倾向。15mnninbdr并不属于这类钢材，所以其再热裂纹倾向很小，而且防止冷裂纹产生的措施同 样可以防止再热裂纹的产生。下面着重介绍冷裂纹的形成要素和控制措施。3.1冷裂纹形成要素冷裂纹最常见当属延迟裂纹，生产实践与理论研究证明：钢材的淬硬倾向、焊接接头中 氢含量及其分布、焊接接头的拘束应力状态是形成延迟裂纹的三要素。焊接接头的应力状态 是引发冷裂纹的直接原因，而且还影响到氮的分布，加剧氮的不

11、利影响。3.2防止冷裂纹的措施3.2.1选择具有较好抗裂性能的钢材15mnninbdr钢板具有较小的淬硬倾向和较低的冷裂纹敏感性，特别是在焊前预热到 100°c以上，产生冷裂纹的几率就更低了。3.2.2合理选择和使用焊接材料氢是引起焊接裂纹重要因索之一，并具有延迟性。焊接接头中的氢含量越高，产生裂纹 的倾向就越大。所以尽可能地消除一切氢的来源。所以在选用焊条时应选用低氢焊条。同时 所选用的焊条还要具备能够改善焊缝金属的塑形和韧性特点。pp- 557rh焊条属于低氢碱性 焊条，可以降低焊接接头中的氢含量。该焊条扩散氢含量复验值为1ml/100g,其化学成分 屮镰的含量达1.43%，可以

12、有效韧化焊缝，减小冷裂纹倾向。3.2.3正确制定焊接工艺合理选定焊接热输入、控制预热及层间温度、进行焊后热处理和选择正确的施焊顺序。 目的在于改善热影响区和焊缝组织，促使氢的逸出以及减少拘束应力。确定焊接热输入，前面己经提到过，较大的焊接热输入会促使热影响区的奥氏体品粒粗 化，接头韧性降低，降低了其抗裂性能。前面也详细介绍了控制好预热、层间温度及后热温度有利于扩散氢的充分逸出，达到防 止冷裂纹产生效果。所以确定预热、层间、后热温度是非常重要的。3.2.4加强工艺管理许多裂纹事故并不是母材或焊材选择不当或结构不合理引起，更多的是由于施工质量差 所造成。所以防止冷裂纹，应更加注意施工过程屮的一些细

13、节。(1) 不得进行强力组装，以免造成过大的装配应力和拘束应力，这些都会增加冷裂纹产 生倾向。(2) 减少焊接过程中氢的来源，焊前清理坡口，去除锈迹、油污和水分等，这样可以减 少焊接接头屮扩散氢的含量。严格控制焊条的烘焙和使用。pp -557rh焊条使用前应经400°c xihi烘干，然后置于100150°c恒温箱内。焊条在恒温箱屮存放时间最长为4天，在焊条 保温桶中存放吋间最大为4小时，焊工每次从焊条筒取用焊条不得超过两根。(3) 注意作业环境，避免在阴雨潮湿天气进行焊接，避免在空气湿度超标的环境下进行 焊接。(4) 严格按要求进行焊接修补近年来，在球罐开罐检验时发现很多

14、方帽焊接处出现表面扩散性冷裂纹，这主要是在修 补吋没有做好预后热的情况下焊接，致使局部急速受热和冷却形成冷裂纹。所以在进行球壳 板表面缺陷修补时，特别是方帽磨除时造成的损伤缺肉修补，必须做好充分的预热和后热， 而且每处修补面积应50cm2以内。焊缝表面缺陷进行修补时，在做好预后热的前提下，为防止局部受热冷却速度太快而产 生冷裂纹，所以修补长度应大于50mm,并在修补焊道上加焊一道凸起的冋火焊道。焊完后 应磨去回火焊道的多余焊肉，使其与主体焊缝圆滑过渡。4、结论(1) 合理正确的烘焙和使用焊条，采用多层多道焊，按照要求严格控制预后热及层间温 度可以将氢的来源降低到最少，并使焊接过程扩散氢的逸出达到最充分，避免由扩散氢造成