【正文】 表2 母材的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 Rc/MPa 斷后伸長率 A（﹪） 沖擊吸收功Ak/J(常溫) 205 520 40 602 低溫高壓容器介紹及焊接特點和方法 前言隨著我國低溫液化氣體貯運需求的加大，國內(nèi)多家具有A 級、C 級壓力容器制造資質(zhì)的企業(yè)，生產(chǎn)了質(zhì)量優(yōu)良的低溫絕熱液化氣體貯運設(shè)備，在我國氣體應(yīng)用的領(lǐng)域服役。目前我國制造低溫絕熱液化氣體貯運設(shè)備罐體內(nèi)膽的低溫材料，基本是188 型奧氏體不銹鋼，其代表鋼種是0Cr18Ni9。為提高低溫罐體內(nèi)膽主體焊縫的施焊效率，減輕焊工的勞動強(qiáng)度，保證其焊接接頭的低溫韌性。對δ≥10mm 的0Cr18Ni9 奧氏體不銹鋼，采用埋弧焊工藝方法，開展了一系列工藝性試驗，取得了滿意的效果，并已應(yīng)用于低溫絕熱壓力容器的生產(chǎn)中。 低溫絕熱壓力容器的使用特點及對其內(nèi)膽主體焊接接頭的質(zhì)量要求 低溫絕熱壓力容器的使用特點低溫絕熱型壓力容器是用于盛裝液氬、液氫、液氮、液氧、液化天然氣等超低溫液化氣體的受壓容器。 下的沸點溫度。表21列出幾種常用的工業(yè)氣體或燃?xì)庖夯瘹怏w名稱化學(xué)式沸點℃氧O2氬Ar氮N2氫H2天燃?xì)釩H4 混合氣～ 低溫液化氣體溫度在0℃， 下汽化為氣體時,體積會迅速膨脹。表22 給出溫度0℃、 條件下,單位體積低溫液體生成的氣體體積。在密閉內(nèi)膽（內(nèi)表1 ，同體積膨脹使壓力升高表22 0℃ 條件下單位體積生成的氣體體積/ m3液 氧液 氬液 氮液化天然氣800 780647568～590綜上超低溫、受壓的使用特點，對低溫絕熱壓力容器內(nèi)膽的主體焊縫焊接接頭保證其低溫韌性，是滿足安全使用的主要要素。材質(zhì)方面通常產(chǎn)品設(shè)計上采用耐低溫使用的0Cr18Ni9 鋼，其最低使用溫度196℃，而如何選擇適合此鋼種的焊接材料是焊接合格焊接接頭的重點。按GB1501998 附錄C 及JB47082000 的有關(guān)規(guī)定，包括焊縫及熱影響區(qū)的低溫夏比沖擊試驗的沖擊功平均值A(chǔ)kV≥31J，才是合格的焊接接頭的重點。 試驗準(zhǔn)備據(jù)國內(nèi)一些資料介紹，對于0Cr18Ni9不銹鋼，采用焊條電弧焊和手工氬弧焊，因其焊接線能量較低，很容易實現(xiàn)焊縫金屬的低溫韌性要求。但是上述焊接方法焊接效率太低?？紤]選擇焊接效率較高的埋弧焊工藝，其焊接線能量比焊條電弧焊和手工氬弧焊高些，但是合理的選擇焊接材料及制定合理的焊接工藝參數(shù)，也是能夠?qū)崿F(xiàn)0Cr18Ni9 焊接接頭的低溫韌性要求的。焊接方法已經(jīng)選定采用埋弧焊工藝，接下來要考慮的就是填充金屬材料的選擇，焊接坡口形式的確定，焊接參數(shù)的確定。這些影響焊縫金屬沖擊韌性的因素需要通過工藝試驗及理化試驗確定其正確性。首先分析了0Cr18Ni9 鋼焊接，從填充金屬的材料選擇上要考慮所選擇的焊接材料應(yīng)確保所熔敷的焊縫金屬有與母材接近的成分，因此選擇H0Cr20Ni10Ti 以及H0Cr21Ni10 兩種焊絲作為試驗用焊絲。焊劑選擇，從查閱資料上得到信息，要想焊縫金屬得到低溫下的較高韌性，必須選用堿性焊劑。因為堿性焊劑的堿度大易于減少焊縫金屬的夾雜物含量，夾雜物含量低，則焊縫金屬的低溫韌性就好。因此選擇與焊接材料匹配的SJ601焊劑作為試驗用焊劑。坡口形式的選擇，根據(jù)本廠產(chǎn)品的特點和本廠已具備的板材厚度，選定1 16mm 作為本試驗的試件厚度。埋弧焊所需的坡口可以開坡口，也可不開坡口，但是為了試驗不同坡口形式下的焊接參數(shù)，最終達(dá)到試驗要求，為此我們把兩種坡口均作為試驗坡口。焊接參數(shù)的選擇，考慮不銹鋼焊接性的特點，奧氏體鋼導(dǎo)熱性較低，電阻率較高，因此奧氏體鋼焊接盡量采用較小的焊接線能量。下面列舉了試驗數(shù)據(jù)。 埋弧焊工藝試驗 確定試驗方案（見表23）表23 試驗方案母材型式編號板厚(mm)坡口焊絲焊劑0Cr18Ni9H0110ⅠH0Cr21Ni10J601H0210ⅤH0Cr20Ni10TiH0316ⅠH0Cr20Ni10TiH0416ⅤH0Cr21Ni10（1）確定試驗用材的化學(xué)成分（%） 焊絲和焊劑是埋弧焊的消耗材料，從普通碳素鋼到高級鎳合金多種金屬材料的焊接都可以選用焊絲和焊劑配合進(jìn)行埋弧焊接。二者直接參與焊接過程中的冶金反應(yīng)，因而它們的化學(xué)成分和物理性能不僅影響埋弧焊過程中的穩(wěn)定性、焊接接頭性能和質(zhì)量，同時還影響著焊接生產(chǎn)率，因此根據(jù)焊縫金屬要求，正確選配焊絲和焊劑是埋弧焊技術(shù)的一項重要內(nèi)容。表24 母材化學(xué)成分母材規(guī)格CMnSiPSCrNi0Cr18Ni9 10mm0Cr18Ni9 16mm 表25 試驗用焊劑的化學(xué)成分(%)焊絲牌號規(guī)格CM nSiPSCrNiH0Cr21Ni10 H0Cr20Ni10Ti （2）確定試驗用材的力學(xué)性能（見表26）表26 試驗用母材的力學(xué)性能母材板厚(mm)σb(MPa)δ 5(%)0Cr18Ni910655490Cr18Ni91669445對于工藝參數(shù)的選擇，為了獲得良好的焊接熱循環(huán)，在保證焊接良好的成形基礎(chǔ)上，盡量選用小的焊接電流，適中的電流電壓和盡可能大的焊速，為此試件均采用兩種坡口型式（見圖1）進(jìn)行試驗。（1）選擇試件的焊接工藝規(guī)范（見表27）表27 試件的焊接工藝規(guī)范試件編號 I(A)U(V)V(m/h)層 間 溫 度(℃)平均線能量KJ/cmH01 45050032362022＜100℃H02 42045030322024＜100℃H03 48052030362022＜100℃H04 40042032342024＜100℃（2）對施焊完成的試板進(jìn)行檢驗表28 外觀質(zhì)量檢驗試件編號正面焊縫余高背面焊縫余高表面焊縫寬咬邊表面氣孔背面未焊透H012～2～21～25mm無無無H02～～20～22mm無無無H032～～21～23mm無無無H04～1～20～22mm無無無（3）無損檢測四組焊接試件經(jīng)X 射線檢測，均達(dá)到JB/，100% Ⅱ級合格標(biāo)準(zhǔn)。表29 晶間腐蝕檢測試件編號 試件1試件2H01 沒有晶間腐蝕傾向沒有晶間腐蝕傾向H02沒有晶間腐蝕傾向沒有晶間腐蝕傾向H03沒有晶間腐蝕傾向沒有晶間腐蝕傾向H04沒有晶間腐蝕傾向沒有晶間腐蝕傾向晶間腐蝕按GB/,測試結(jié)果顯示兩種焊絲焊接結(jié)果均未有晶間腐蝕傾向。（4）試驗結(jié)果試件H0H03 冷彎后均有裂紋產(chǎn)生，且196℃沖擊功焊縫和熱影響區(qū)均較低。而H0H04 無裂紋產(chǎn)生。按GB1501998 附錄C 規(guī)定，奧氏體不銹鋼低溫容器的焊接接頭在196℃AkV 應(yīng)≥ 31J（三個試件的平均值）。而試件H0H03 熱影響區(qū)低溫沖擊功平均值未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。而試件H0H04達(dá)到了要求，并且試件H04 的低溫沖擊值。 試驗結(jié)果分析從工藝試驗的結(jié)果看，采用不開坡口較大線能量的焊接,試件H0H03的焊縫余高存在不合格傾向，按照GB150 規(guī)定，尤其焊縫金屬的低溫沖擊功不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。而采用開坡口較小線能量的焊接,焊縫金屬的低溫沖擊功達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。幾組試驗表明焊接材料，采用H0Cr21Ni10 和H0Cr20Ni10Ti 都能滿足要求。焊劑選用堿度較高的SJ601 型燒結(jié)焊劑。只要控制好其它方面的參數(shù)，能夠取得合適的低溫沖擊功數(shù)值。然而影響188 鋼焊縫金屬低溫韌性的主要因素中焊接線能量的的影響最大。這是因為，較小的焊接線能量有助于減少熔池的過熱，避免接頭出現(xiàn)過熱組織從而獲得較高的低溫韌性。反之，線能量加大，焊縫組織的品粒越易粗大，韌性越差。因此焊接時，應(yīng)采用較小的線能量和較快的冷卻速度，以防焊縫及熱影響區(qū)過熱和碳化物析出。3 0Cr18Ni9鋼的焊接性分析3 0Cr18Ni9 的化學(xué)成分焊接性剛的焊接性主要取決于化學(xué)成分，奧氏體不銹鋼以鎘鎳為主要的合金元素。這種鋼由于具有較高的變形能力并不可淬硬，所以總體上焊接性良好。但是，為了全面保證焊接接頭的質(zhì)量，往往需要解決一些特殊的問題，如接頭各種形式的腐蝕、焊接裂紋、鐵素體含量的控制及σ相的脆化等等。在腐蝕介質(zhì)作用下，起源于金屬表面沿晶界深入金屬內(nèi)部的腐蝕就是晶間腐蝕。晶間腐蝕是一種局部性的腐蝕，它會導(dǎo)致晶粒間的結(jié)合力喪失，材料的強(qiáng)度幾乎消失，所以必須重視這中腐蝕。奧氏體產(chǎn)生晶間腐蝕的原因，現(xiàn)在比較認(rèn)同的看法，是奧氏體鋼在固溶狀態(tài)下碳以過飽和形式溶解于γ固溶體，加熱時過飽和的碳以Cr23C5的形式沿晶界析出。Cr23C5的析出消耗了大量的鉻，因而使晶界的附近碳的含量降低到低于鈍化所需的最低量，形成了貧鉻層。這便是產(chǎn)生晶間腐蝕的根本原因。 防止晶間腐蝕的措施 (1) 降低母材和焊縫中的含碳量(2) 在鋼中加入穩(wěn)定碳化物形成元素，改變碳化物的類型(3) 焊后進(jìn)行固溶處理(4) 改變焊縫的組織狀態(tài) 即使焊縫由單向狀態(tài)變成雙相狀態(tài) 焊接接頭的刀口腐蝕刀口腐蝕是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕，只會發(fā)生于含有穩(wěn)定劑的奧氏體不銹鋼焊接接頭中，腐蝕部位在 熱影響區(qū)的過熱區(qū)，開始寬度只是3～5個晶粒，～，腐蝕一直深入到金屬內(nèi)部。刀狀腐蝕一般發(fā)生在焊后再次在敏化溫度區(qū)間時，即高溫過熱與中溫敏化連續(xù)作用的條件下，產(chǎn)生的原因也和Cr23C5析出后形成的貧鉻層關(guān)，刀口腐蝕如圖31圖31 刀口腐蝕防止刀口腐蝕的措施（1） 降低含碳量（2） 減少近縫區(qū)的過熱（3） 合理安排焊接順序（4） 焊后進(jìn)行穩(wěn)定化處理 焊后處理可使過熱區(qū)的碳與穩(wěn)定劑結(jié)合為穩(wěn)定的碳化物，從而不會再以Cr23C5的形式析出。金屬在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下，所發(fā)生的腐蝕破壞叫應(yīng)力腐蝕開裂。目前，對應(yīng)力腐蝕開裂的機(jī)理有了一定的看法，產(chǎn)生的條件有一下兩點：（1） 拉應(yīng)力的存在（2） 腐蝕介質(zhì)與材料的組合上有選擇性不銹鋼在使用條件下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的影響因素很多，包括鋼的成份、組織和狀態(tài)，介質(zhì)的種類、溫度、濃度，應(yīng)力的性質(zhì)、大小及結(jié)構(gòu)點等。防止應(yīng)力腐蝕開裂有以下幾點措施：（1） 正確選用材料（2） 消除產(chǎn)品的殘余應(yīng)力（3） 對材料進(jìn)行防腐蝕處理 如電鍍、噴鍍、襯里的方法，用金屬或非金屬覆蓋層將金屬與腐蝕介質(zhì)隔離（4） 改進(jìn)部件結(jié)構(gòu)及接頭的設(shè)計奧氏體不銹鋼焊接是產(chǎn)生的裂紋是熱裂紋，在焊縫和熱影響區(qū)都可能出現(xiàn)。焊縫中主要是結(jié)晶裂