復(fù)合鋼板Monel400-Q345R的焊接.doc

復(fù)合鋼板Monel400/Q345R的焊接摘 要：脫溶釜內(nèi)筒體及封頭設(shè)計材料是monel400q345r鎳基合金復(fù)合鋼板，焊接技術(shù)是制造這臺設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過分析復(fù)合鋼板和鎳基合金的焊接特點，鎳基合金含有cu成分,cu溶入在碳鋼中極易出現(xiàn)熱裂紋，故復(fù)合鋼板焊接的關(guān)鍵是控制過渡層焊接時復(fù)層合金成分不溶入基層。鎳基合金焊接時容易產(chǎn)生氣孔和裂紋,焊前清理和控制焊接線能量是防止鎳基合金焊接缺陷的有效途徑。關(guān)鍵詞：n04400 鎳及鎳基合金 復(fù)合鋼板 焊接 熱裂紋2010年12月，某廠為生產(chǎn)無機酸苯酚而需要制作一臺脫溶釜，如圖1所示。內(nèi)筒體設(shè)計材料為鎳基合金復(fù)合鋼板n04400q345r，規(guī)格dn1500?12+3)。介質(zhì)是無機酸苯酚和氫氟酸,中度危害。設(shè)計壓力-0.1mpa，工作溫度100 。1 材料性能n04400/q345r是鎳基合金復(fù)合鋼板，應(yīng)符合nbt 47002.2-2009壓力容器用爆炸復(fù)合鋼板 第2部分：鎳-鋼復(fù)合板 的規(guī)定。復(fù)層表面不得有凹坑、疤痕、裂紋、麻點、夾雜、折褶皺等缺陷。設(shè)計要求復(fù)合鋼板達到bi級(結(jié)合率為100)。1.1 復(fù)層n04400復(fù)合鋼板的復(fù)層n04400選用日本冶金工業(yè)川崎制造所生產(chǎn)的astmb127unsn04400。密度88 gcm ，熔點13001350 。1.1.1 成分特點蒙乃爾n04400是一種單相固溶體ni-cu合金，它在很多介質(zhì)環(huán)境下有良好的耐蝕性能。從輕微的氧化性介質(zhì)環(huán)境到中性環(huán)境，到適宜的還原性環(huán)境，都有良好的耐蝕性能。這種合金作為耐蝕材料使用有很長的歷史。n04400合金的組織為高強度的單相固溶體，在氫氟酸和氟氣介質(zhì)中具有優(yōu)質(zhì)的耐蝕性，對熱濃堿液也有優(yōu)良的耐蝕性。該合金的一個重要特征是一般不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，切削性能良好。monel400是ni-cu合金，ni和cu是可以無限固溶的?；瘜W(xué)成分見表1。1.1.2性能特點n04400合金強度中等、塑性好、材質(zhì)軟、易于成形和焊接。冷成形應(yīng)采用軟化退火態(tài)的n04400合金。n04400合金機械性能見表2。脫溶釜盛介質(zhì)特性為中度危害無應(yīng)力腐蝕, monel400一般也不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,所以本設(shè)備無需消除應(yīng)力熱處理。1.1.3 耐蝕特點均勻腐蝕。鎳銅合金n04400在還原性的條件下，比純鎳耐蝕；在氧化性的條件下，比銅耐蝕。n04400的一個顯著的耐蝕特征是，對直至沸騰溫度下的所有濃度的氫氟酸表現(xiàn)出極好的耐蝕性，正氟化工里被廣泛使用,因此對于本設(shè)備的使用工況,n04400成為設(shè)計選用最佳的材料。1.2 基層q345rq345r鋼是屈服強度為340mpa級的壓力容器專用板，它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。它是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。根據(jù)2008年9月1日實施的gb 713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板的新分類，16mng和16mnr、19mng合并為q345r。q345r是普通低合金鋼,是鍋爐壓力容器常用鋼材，交貨狀態(tài)分：熱軋或正火。抗拉強度為（510-640）之間，伸長率大于21%，零度v型沖擊功大于34j。q345r在焊縫和熱影響區(qū)有不同程度的淬硬傾向，一般中薄板焊接性能較好，不需要焊前預(yù)熱也不容易產(chǎn)生冷裂紋，在板厚較大（一般超過30mm）拘束度較大、淬硬傾向較大時才需要焊前預(yù)熱，必要時采用焊后熱處理。焊接時綜合考慮焊縫金屬的韌性、塑性及強度，一般在承壓設(shè)備的焊接應(yīng)選用抗裂性好的低氫型焊條焊接，一般選用j507或j506,對于厚度較大、拘束度較大及冷裂傾向較大的焊接結(jié)構(gòu)可以考慮選用超低氫焊條。1.3 焊接材料如圖2所示，在nb/t47015-2011壓力容器焊接規(guī)程中，按推薦的q345r基層焊接材料選用焊條j507，焊絲選用h10mn2,焊劑選用hj431, 復(fù)層堆焊的過渡層和復(fù)層焊條分別chn337和enicu-7。按圖2所示選用根據(jù)焊接順序選用焊接材料，基層q345r在坡口面和處選用j507焊條，規(guī)格為 4 mm，基層q345r反面清根后處選用焊絲選用h10mn2，規(guī)格為 4 mm，配用hj431焊劑，規(guī)格為8-40目；過渡層處選用焊條chn337，規(guī)格為 4 mm，復(fù)層處選用焊條enicu-7，規(guī)格為 3.2 mm。chn337焊條相當(dāng)于aws：enicrfe-3,說明：低氫型ni70cr15耐熱合金焊條，焊縫中有適量的錳、鈮等合金元素，熔敷金屬具有良好的抗裂性，采用直流反接。用途：用于焊接有耐熱、耐蝕要求的鎳基合金，如inconel600、601等，也可用于一些難焊合金、異種鋼的焊接及堆焊。熔敷金屬化學(xué)成份 % c0.1 mn 5-9.5 si1 ni 59 fe10 ti1 nb+ta 1-2.5 s0.015 p0.03 cu0.5 cr 13-17。焊接材料中的硫含量對熱裂紋形成的敏感性更起到關(guān)鍵作用。選用該焊條過渡主要是考慮提高焊縫金屬鎳含量,焊條中含鈦鈮錳等元素可以提高焊縫的抗裂性。enicu-7用于n04400的焊接，在n04400和碳鋼或不銹鋼的焊接。enicu-7由于cu的含量很高，ni和cu是互溶的，而與鋼焊接時，ni和cu溶于鋼中，cu在溶入鋼中極易產(chǎn)生熱裂紋。因而焊條enicu-7不宜直接在碳鋼或不銹鋼上堆焊，即不采用焊條enicu-7直接過渡,采用chn337焊條做過渡。2 焊接2.1 焊接性分析2.1.1 復(fù)合板焊接要求焊接應(yīng)保證復(fù)合鋼板的應(yīng)用要求即復(fù)層耐蝕性和基層的力學(xué)性能。在焊接工藝上力求避免或減少基層焊縫金屬與復(fù)層焊縫金屬的相互稀釋(互熔)，基層焊接時鎳基合金對基層焊縫的稀釋引起熔敷金屬開裂；復(fù)層堆焊時基層低合金材料對鎳基合金的稀釋使復(fù)層的耐蝕性能下降，為了減小稀釋率復(fù)層堆焊往往需要過渡層。不能在復(fù)層或復(fù)層焊縫金屬上熔敷碳素鋼或低合金鋼的焊材。2.1.2 低合金高強鋼q345r脫溶釜所用的基層q345r為12mm厚屬于中薄板，焊接性能好，一般控制好焊前母材和焊絲的清潔度和焊條的烘干即可。j507焊條按照堿性焊條采用短弧焊。2.1.3 過渡層堆焊過渡層焊接是鎳基焊條在低合金鋼上的堆焊，焊接的主要問題也是熱裂紋和氣孔，應(yīng)盡量采用小線能量的焊接工藝參數(shù)，限制鋼的熔化量，以免過多地將有害雜質(zhì)帶入焊縫，過渡層焊接必須將鎳含量提高，尤其不能讓基層材料溶入復(fù)層焊縫，否則極易產(chǎn)生裂紋，因而過渡焊縫至關(guān)重要。2.1.4 復(fù)層堆焊是在過渡層焊后的焊縫金屬上的堆焊是鎳及鎳基合金的焊接，易產(chǎn)生熱裂紋和氣孔。經(jīng)驗說明采用氬弧焊時極容易產(chǎn)生裂紋，而采用焊條電弧焊焊接時抗裂性會好很多（焊條藥皮滲合金所致）。(1)熱裂紋鎳及鎳基合金焊接容易產(chǎn)生熱裂紋(凝固裂紋)。在焊接過程中必須嚴(yán)格限制有害雜質(zhì)的侵入，避免或減少低熔點的生成。為此，在焊接前，必須對母材和焊絲進行嚴(yán)格清理，防止有害元素向焊縫區(qū)過渡。(2)氣孔為了防止氣孔的產(chǎn)生，必須消除產(chǎn)生氣孔的來源，在施焊前必須清除坡口及近縫區(qū)的氧化物、各種涂料、油污等。2.2 焊接工藝2.2.1 焊接方法基層坡口面采用焊條電弧焊，背面清根后采用自動埋弧焊，過渡層復(fù)層堆焊采用焊條電弧焊。2.2.2 坡口型式及焊接順序筒體板厚為l2+3，坡口加工成y型坡口，鈍邊4，如圖2所示，這樣的坡口方便組對，下料尺寸合適，組對時就比較好控制錯邊，復(fù)合板組焊要求錯邊量小，對焊接有利，尤其是對過渡層的焊接有利，焊接時按圖2所示順序焊接，將基層坡口面用j507焊條焊接2層，不要焊滿，留出焊縫表面距離基層和復(fù)層的熔合線1-2mm，否則將高出部分打磨掉，以便過渡層焊接?；鶎悠驴诿婧负蟊趁媲甯?，用h10mn2焊絲焊接1層，注意控制好焊接參數(shù)，保證焊縫表面外觀和焊縫內(nèi)部質(zhì)量。過渡層用采用chn337焊條電弧焊焊接，由于板較厚，過渡層復(fù)合層處坡口較寬，過渡層分2道焊接，保證過渡焊縫ni含量，尤其是防止直接采用復(fù)層焊材堆焊基層。2.2.3 焊接工藝參數(shù)在工藝上應(yīng)采用小直徑焊絲小電流多層多道焊接，層間溫度不超過60。焊前嚴(yán)格清理待焊區(qū)，不得有油、銹等雜質(zhì)，焊條、焊劑按規(guī)定烘干后使用，讓有相應(yīng)資格和操作熟練的焊工焊接，焊接盡量短弧焊，以免產(chǎn)生氣孔。3 結(jié)束語通過焊接工藝評定和脫溶釜的制作證明了按本文的工藝焊接能制作出保證質(zhì)量的產(chǎn)品.基層焊接可以按基層材料選用比較適當(dāng)?shù)暮附臃椒?保證了焊縫內(nèi)部質(zhì)量和焊縫外觀,過渡層及復(fù)合層采用焊條電弧，克服了鎳銅合金容易產(chǎn)生焊接裂紋的難題，并使