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16MnDR钢制低温压力容器焊接工艺

2020年我公司为某公司生产的两台液氨储罐，设备规格：φ2800×9736×25；主要受压元件材质：16MnDR；介质特性：中度危害；设计压力：2.5MPa；设计温度：-33.4/60℃；采用焊后热处理；容器类别：Ⅲ类压力容器。为了公司今后生产同类材质的容器设备积累经验，现将16MnDR焊接工艺进行了总结。

1. 16MnDR钢的焊接性分析

1.1 16MnDR钢的化学成分及力学性能

我司采用了新余钢铁生产的16MnDR钢，化学成分及力学性能见表1

表1 16MnDR钢的化学成分（质量分数）（%）和力学性能

1-溴芘

		C	Si		Mn		Al		P		S
GB3531标准		≤0.02 福白菊	0.15~0.50		1.2~1.6		≥0.02		≤0.02		≤0.02
材料复验	δ=12mm	0.16	0.31		1.4		0.0272013年5月10日		0.015		0.005
	δ=18mm	0.16	0.31		1.4		0.027		0.015		0.005
	板厚mm	抗拉强度Rm（N/mm²）	屈服强度RCL（N/mm²）	伸长率A%	180°弯曲试验弯心直径	冲击试验
						温度℃		冲击吸收功KV2 J
GB3531标准	6~16	490~620	315	21	D=2a	-40		47
	>16~36	470~600	295	21	D=3a	-40		47
材料复验	δ=12mm	563	397	32	D=2a	-40		125		134	116
	δ=18mm	524	361	32	D=3a	-40		113		127	117
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1.2 焊接性分析

由表1可知，16MnDR钢的碳当量为0.47%，淬硬倾向不大，室温下焊接一般不会产生冷裂纹，16MnDR钢在正火状态下交货，其S、P含量控制的极低，也不易产生热裂纹。16MnDR钢对于中厚板在焊接刚性拘束较大或环境温度过低时，在焊前应进行预热，焊后采取消应热处理。16MnDR钢的组织的晶格类型属于体心立方点阵晶格，有低温转脆倾向，尤其是铁素体钢，其晶粒越细小，钢的脆性转变温度越向低温方向移动，低温冲击韧性值也越高。因此，采取细化焊缝组织晶粒、降低填充金属的杂质、减少焊接接头的拘束度是制定16MnDR厚钢板焊接工艺的要点。

2. 焊接工艺评定试验

2.1 焊接工艺评定试验的选材

16MnDR为我公司首次使用材料，需进行焊接试验和焊接工艺评定。NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》中对16MnDR材料，推荐了焊条电弧焊的焊材（J507RH），氩弧焊和埋弧焊焊材均没有推荐。我公司在联系有制作经验的单位和国内知名的焊材制造商等单位，

确定本批设备焊材按照焊条电弧焊（SMAW）选用J507RH（E5015-G符合GB/T5117-2012和NB/T47018.2-2017标准要求，要求焊条进行焊条扩散氢复验）、氩弧焊（GTAW）选用ER55-Ni1（符合GB/T39280-2020和NB/T47018.3-2017标准要求）、埋弧焊（SAW）选用H09MnDR+SJ209DR（符合NB/T47018.4-2017标准要求，要求焊材在夏比（V型缺口）低温冲击吸收功-40℃时，不低于47J）。

2.2.1设备整体焊后消除应力热处理

为消除在制造过程中焊接导致的焊缝及其附近的残余应力，以防止焊接热循环导致脆化，设计文件规定了焊后消除应力热处理要求。根据NB/T47015-2010的推荐，我们选用的热处理温度为620±10℃，保温时间2.5h时。焊接试件试验结果合格（见表5)。

2.2.2生产验证

在制造过程中，产品焊接试件放置在筒节A类焊接接头上，采用同种焊接工艺和同一焊接人员操作。完成后对其按产品焊后整体热处理的工艺放在产品上部进行焊后热处理。

2.3应力消除热处理对钢板力学性能的影响

金属的介电常数

压力容器制造过程中一定厚度的钢板需要进行焊后应力消除热处理(简称SR处理），SR处理的目的是降低焊接残余应力，改善焊接接头性能。焊后消除应力热处理后钢板的性能是否变化是确定较佳SR处理规范的技术关键。将试板在热处理炉中进行温度为620±10℃，保温时间2.5h的消除应力热处理。

3. 工艺措施

3.1 严格控制焊接线能量

1)严格控制焊接线能量，最大限度地减少过热。焊接时尽量采用快速多层多道焊，以减少过热，并利用后一道对前一道焊的热作用，以达到细化晶粒的效果，施焊时还应严格控制层间温度小于等于150℃并尽可能的不连续施焊。

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