国产08Ni3DR钢薄层多道焊焊接工艺

摘要

本发明是一种国产08Ni3DR钢薄层多道焊焊接工艺，其特征是将焊接部位加工成单V型或者对称双V型坡口，采用薄层多道焊，每层焊道厚度＜3mm，焊丝直径3.2mm，焊接电流350～380A，焊接电压34～38V，焊接速度36～45cm/min，层间及道间温度控制在≤150℃，焊后进行消氢处理和整体消应力热处理，采用该工艺制造-100℃级压力容器(如低温甲醇洗主要设备H

说明书

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。