12Ni14低溫鋼換熱器的混合氣體保護(hù)焊 

更新時間：2007-05-23 15:22:30  

摘要:闡述了12Ni14 低溫鋼的焊接特點(diǎn).焊接材料的合理選擇以及MAG 焊接工藝試驗(yàn).提出了在12Ni14低溫鋼換熱器焊接時應(yīng)采取的工藝措施. 

關(guān)鍵詞:換熱器,MAG焊接,12Ni14低溫鋼 

某公司生產(chǎn)的纏繞管式換熱器為大型氮肥裝置中的進(jìn)料氣冷卻器.該設(shè)備規(guī)格為φ2000mm×8000 mm×44mm.設(shè)計(jì)壓力5.8 MPa. 設(shè)計(jì)溫度-75-55℃.主體材料均采用從歐洲進(jìn)口的12Ni14低溫鋼.根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.該含鎳型低合金鋼可用于低溫壓力容器制造.筆者對12Ni14低溫鋼進(jìn)行了材料試驗(yàn)及驗(yàn)證.在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn).并將其用于纏繞管式換熱器的制造. 

1．12Ni14 低溫鋼焊接特點(diǎn) 用于制造壓力容器的低溫鋼.要求其在低溫工作條件下具有足夠的強(qiáng)度.塑性和韌性.同時還應(yīng)有良好的焊接工藝性能.12Ni14低溫鋼為低合金鐵素體鋼.是在Si-Mn 上等鋼的基礎(chǔ)上.加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.25%-3.75%的鎳等少量合金元素得到的低合金高強(qiáng)度低溫用鋼.歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 10028-4規(guī)定的12Ni14 低溫鋼化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1 和表2. 

由表1 可見. 12Ni14 低溫鋼含碳量不大于0.15 %.合金元素總含量不大于5%.其碳當(dāng)量小于0.41%.由于碳當(dāng)量不高.淬硬傾向較小.室溫下焊接時不易形成冷裂紋.鋼中硫.磷等雜質(zhì)元素的含量較低.故不易產(chǎn)生熱裂紋.其焊接性良好.通常鋼板厚度小于15mm 時不需要預(yù)熱. 當(dāng)板厚超過25mm或焊接接頭剛性拘束較大時.則應(yīng)考慮預(yù)熱.以防止產(chǎn)生焊接裂紋.但是.若預(yù)熱溫度過高.會使熱影響區(qū)晶粒長大.并可能在晶界析出氧化物和碳化物而降低鋼的韌性.所以預(yù)熱溫度一般控制在100-150℃.*高不能超過200℃. 

焊接12Ni14 低溫鋼時須注意:①嚴(yán)格控制焊接線能量和層間溫度.避免因熱影響區(qū)晶粒長大而降低韌性.②焊接時焊條不應(yīng)擺動.嚴(yán)格控制各層焊道厚度.③嚴(yán)格控制焊后熱處理溫度.避免回火脆性.鋼板厚度大于15mm時.焊后大多采用消除應(yīng)力熱處理.熱處理溫度為530-550℃.熱處理后不允許在承壓件上焊接或打磨.也不允許在接觸介質(zhì)一側(cè)打鋼印.④母材.熱影響區(qū)和熔敷金屬的硬度值*大為245Hv10.⑤工件冷變形量不大于2%時.不需進(jìn)行熱處理.冷變形量大于2%而不大于5%時.需進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理.冷變形量大于5%時.需進(jìn)行正火或回火熱處理. 

2．焊接材料選擇 

對12Ni14低溫鋼的焊接.熔化極氣體保護(hù)焊將更多地替代手工鎢極氬弧焊和焊條電弧焊.焊接時采用惰性氣體氬氣或氦氣作為保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)焊通常稱為MIG焊.而在惰性氣體中加入氧氣和二氧化碳等活性氣體的熔化極氣體保護(hù)焊通常稱為MAG焊.用純氬氣焊接低合金鋼時.陰極斑點(diǎn)漂移大.易造成電弧燃燒不穩(wěn)定.而在氬氣中加入一定數(shù)量的氧氣或二氧化碳.可降低熔融金屬的表面張力.改善熔池的潤濕性.克服陰極漂移現(xiàn)象.減小并消除氣孔.通常氧氣的加入量為4%-6%.二氧化碳的加入量為5%-20%.試驗(yàn)中筆者采用氬氣中加入4%氧氣和5%二氧化碳的混合氣體作為保護(hù)氣體. 

選擇焊接填充材料時.應(yīng)考慮保證焊縫金屬的力學(xué)性能.滿足焊縫金屬的低溫沖擊韌性要求.盡可能采用低強(qiáng)度的焊接填充材料.不允許選用奧氏體焊接填充材料焊接12Ni14 低溫鋼時通常選用化學(xué)成分與之相近的3.5Ni 型焊絲.以滿足焊縫金屬在-100 ℃的低溫沖擊韌性要求.考慮到本設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度及經(jīng)濟(jì)適用性.同時根據(jù)國外使用經(jīng)驗(yàn).決定選用2Ni 型焊絲焊接12Ni14 低溫鋼.2Ni型焊絲屈服強(qiáng)度為470MPa. 抗拉強(qiáng)度550MPa. 伸長率24%.-62℃沖擊功Akv=27J.其化學(xué)成分見表3. 

3．焊接工藝試驗(yàn) 

MAG焊接時.為獲得所需要的熔滴過渡形式和穩(wěn)定的焊接電弧.使焊縫成形良好.要選擇適當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù).短路過渡時.為防止焊道與坡口之間產(chǎn)生未熔合.應(yīng)注意焊炬的操作位置.使電弧略微朝前對向母材而不要對向熔池.MAG焊接時對熔池的保護(hù)效果要求比較高.保護(hù)**時焊縫表面會氧化而引起皺皮.因此. 氣體噴嘴直徑以及保護(hù)氣體流量要比TIG焊的大.氣體噴嘴的直徑通常為φ3-φ16 mm.噴嘴至工件的距離通常選定為7-20mm.MAG焊接時焊絲選用φ1.2mm的細(xì)絲.電源種類和極性選用直流反接.以保證電弧的穩(wěn)定燃燒.保護(hù)氣體為91%Ar+4%O2+5%CO2混合氣.氣體流量為17-20L/min.焊接線能量控制在30kJ/cm.嚴(yán)格控制層間溫度.使其不大于200℃.典型的MAG焊接工藝參數(shù)見表4. 

分別對厚度為7mm.20mm和40mm的12Ni14鋼板進(jìn)行MA G焊接試驗(yàn).根部焊道的焊接位置為45°立向下.熔滴為短路過渡形式.焊道厚度*大為4mm.其余焊道的焊接位置為10°向下.熔滴為射流過渡形式.焊道厚度*大為3mm.焊道寬度*大為20mm.試驗(yàn)結(jié)果見表5 .由表5可見.采用2Ni型焊絲焊接12Ni14 低溫鋼時.其焊接接頭的力學(xué)性能與12Ni14 低溫鋼的力學(xué)性能相匹配.可以滿足12Ni14低溫鋼在-80℃時的低溫沖擊韌性要求. 

4．結(jié)語 

根據(jù)文中的試驗(yàn)條件和結(jié)果.筆者編制了相應(yīng)的焊接工藝規(guī)程.并且將其成功地應(yīng)用于進(jìn)料氣冷卻器的焊接中.產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果符合要求.其焊縫的硬度值*大為205Hv10.熱影響區(qū)的硬度值*大為197Hv10. 完全滿足技術(shù)條件的要求.