国产 08Ni3DR 钢薄层多道焊焊接工艺 【技术领域】
本发明涉及金属焊接技术领域， 尤其是一种国产 08Ni3DR 钢薄层多道焊焊接工艺。 背景技术 随着国际原油价格进一步升高， 我国煤化工的投资必将大幅增长， 煤制甲醇项目 作为煤化工产业链的源头项目， 市场前景好， 市场规模大。 吸收塔作为低温甲醇洗的主要过 程装备， 市场需求量将进一步提高。
低温甲醇洗装置在我国渣油和煤为原料的化肥、 煤化工及煤制油等工业领域中已 得到了很广泛的应用， 其中 ： -100℃～ -60℃级低温压力容器 (H2S、 CO2 吸收塔 ) 是低温甲醇 洗流程中的关键核心设备 ； 在乙烯等石油化工领域 -100℃～ -60℃级低温压力容器也是核 心设备之一。但近 20 多年来， 我国用于上述两个领域低温压力容器制造的材料主要依赖于 从发达国家进口， 设备的生产制造受到很大制约， 制造成本高， 制造周期长， 不能满足我国 煤化工发展对低温设备技术应用的迫切需要。
低温压力容器的完全国产化， 是我国石化装备领域的设计技术、 材料技术、 制造技 术及安装技术的综合体现。通过采用国产 08Ni3DR 钢制造低温甲醇洗主要设备 H2S、 CO2 吸 收塔， 为 08Ni3DR 钢作为 -100℃级低温钢在低温压力容器领域的应用走出了一条新路， 其 技术经济效益及社会效益显著。根据国产 08Ni3DR 钢特性和低温压力容器设备 7 制造的技 术要求， 采用新的焊接施工工艺是实现采用国产 08Ni3DR 钢制造低温压力容器的关键。
发明内容 本发明的目的是为实现低温压力容器的国产化和采用国产 08Ni3DR 钢制造低温 压力容器的施工需要， 提出一种国产 08Ni3DR 钢薄层多道焊焊接工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现 ： 国产 08Ni3DR 钢薄层多道焊焊接工艺， 其特征在于 ： 包括如下步骤 ：
(1) 将焊接部位加工成单 V 型或者对称双 V 型坡口， 并清除坡口两侧 20mm 范围的 油污、 水污、 铁锈和其它有害杂质 ；
(2) 焊前先将待焊工件预热至 100℃ ；
(3) 采用薄层多道焊， 每层焊道厚度＜ 3mm， 焊丝直径 3.2mm， 焊接电流 340 ～ 450A， 焊接电压 32 ～ 38V， 焊接速度 36 ～ 45cm/min， 层间及道间温度控制在≤ 150℃ ；
(4) 焊后立即进行消氢处理， 在焊接后的焊缝温度未冷却且＞ 100℃时， 对焊缝及 热影响区进行加热至 250 ～ 300℃， 保温 1 小时， 缓冷 ；
(5) 进行焊后整体消应力热处理， 热处理温度为 590 ～ 620℃， 保温时间 3 小时， 升 温≤ 70℃ /h 和降温速度为≤ 100℃ /h， 冷却方式为随炉冷至 80℃后出炉空冷。
单 V 型坡口角度为 60° ±5°， 对称双 V 型坡口角度为 55° ±5°。
与现有技术相比， 本发明的有益效果是 ： ①采用国产 08Ni3DR 钢薄层多道焊工
艺制造 -100 ℃级压力容器 ( 如低温甲醇洗主要设备 H2S、 CO2 吸收塔 )， 是 08Ni3DR 钢作 为 -100℃级低温钢在低温压力容器领域的首次应用， 实现了国产 08Ni3DR 钢制低温压力容 器在 -100℃～ -60℃级温度范围内工程应用的技术创新和升级， 其技术经济效益及社会效 益显著。 解决了低温压力容器的制造成本及制造周期问题， 通过系统的试验研究， 技术指标 超过美国 ASME 标准要求， 实物焊接接头平均值为 -101℃冲击功 kv2 ≥ 47J， 达到国际先进 水平， 同时确保了设备的安全可靠性。
②采用薄层多道焊， 使每层焊缝断面变小， 而改变了焊缝结晶条件， 另一方面， 后 一焊层 ( 道 ) 对前一焊层 ( 道 ) 进行了一次回火， 从而可细化晶粒， 提高韧性。
③控制焊接速度， 最大限度地减小焊缝过热， 防止出现粗大的铁素体或马氏体组 织， 从而可以提高焊接接头的冲击韧性。
④选择小的焊接线能量， 使柱状晶细小， 过热区变小， 板条状马氏体减少， 低温冲 击韧性明显提高， 焊接线能量控制在≤ 20KJ/cm。
⑤采用消氢热处理， 使焊缝中扩散氢尽快逸出， 也能适当降低残余应力水平， 对防 止冷裂纹及再热裂纹都有显著效果。
⑥通过焊后热处理改善焊接接头性能， 消除焊接残余应力， 提高抗应力腐蚀能力， 改善焊缝热影响区塑性、 韧性及蠕变强度， 提高结构尺寸的稳定性。 附图说明
图 1 是本发明实施例的单 V 型坡口形状及焊层分布示意图 ；
图 2 是本发明实施例的对称双 V 型坡口形状及焊层分布示意图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明 ：具体实施方式
实施例 1 ： 母材采用型号为 08Ni3DR 的低温钢， 板材厚度为 16mm， 焊丝型号为 OE-S2Ni3， 焊剂为 0P121TTW， 定位焊条为 OE-CRYO87， 评定母材板厚覆盖范围 12 ～ 32mm。
参照图 1， 图中数字表示出焊层的分布情况和焊接的层次顺序。
(1) 将待焊工件加工成单 V 型坡口， 坡口角度为 60° ±5°， 清除坡口内外两侧 20mm 范围内的油污、 水污、 铁锈、 积渣及毛刺等有害杂质， 显露出金属光泽。
对坡口处进行 (WT) 磁粉检测， 保证坡口处无表面裂纹。
检查焊丝表面有无油垢， 将焊剂进行 300℃烘干保温 2 小时。
(2) 组对装配保证待焊工件的错边量为 2±1mm， 坡口钝边为 4±1mm， 然后将待焊 工件预加热至 100℃， 用远红外测温仪检测。
(3) 采用薄层多道焊焊接工艺， 焊丝直径 3.2mm， 焊剂为 12 ～ 60 目， 焊接电流、 电 压、 焊接速度、 层间温度等技术参数见工艺参数表 1， 保证每层焊道厚度不大于 3mm。焊接过 程中， 按焊接工艺参数及层次顺序焊接， 焊完一层清除熔渣再焊。 焊接完毕后清除熔渣灰溅 对焊缝外观质量进行检查。
(4) 焊后消氢处理。在焊接后的焊缝未冷却下来且＞ 100℃时， 对焊缝及热影响区 进行加热至 250 ～ 300℃， 保温 1 小时， 缓冷。
(5) 最后进行焊后整体消应力热处理。热处理温度为 590 ～ 620℃， 保温时间为 3小时， 升温≤ 70℃ /h 和降温速度为≤ 100℃ /h， 冷却方式为随炉冷至 80℃后出炉空冷。
采用本焊接工艺， 经检验焊缝抗拉强度为 500MPa， 焊缝及热影响区 -101℃， 低温 冲击功为≥ 47J， 侧弯 180°无裂纹， 满足焊接接头性能要求。
表1： 工艺参数表
实施例 2 ： 母材采用型号为 08Ni3DR 的低温钢， 板材厚度为 40mm， 焊丝型号为 OE-S2Ni3， 焊剂为 0P121TTW， 定位焊条为 OE-CRYO87， 评定母材板厚覆盖范围 30 ～ 200mm。
参照图 2， 图中数字表示出焊层的分布情况和焊接的层次顺序， 其焊层共有 20 层， 将待焊工件加工成对称双 V 型坡口， 坡口角度为 55° ±5°， 焊接工艺步骤与实施例 1 相 同， 焊接电流、 电压、 焊接速度、 层间温度等技术参数见工艺参数表 2。
表2： 工艺参数表
采用 08Ni3DR 钢薄层多道焊工艺制造的低温甲醇洗关键设备 H2S、 CO2 吸收塔， 经过 优化热成型、 焊接、 热处理后， 设备焊接接头 -101℃冲击功 kv2 ≥ 47J， 技术指标及实物水平 均值高于 ASME 标准技术指标。