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[摘 要]主要介绍09MnNIDR等压力容器用低温碳钢，如何灵活选用焊接工艺评定和影响产品焊接质量的因素及预防措施。
[关键词]09MnNIDR；低温压力容器；焊接工艺评定；焊接质量控制
中图分类号：S875 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0174-01
引言
进入21世纪，随着我国石油、化工行业的快速发展。与其相关用于储存干气、氮气、乙烯、烃类等低温压力容器得到广泛的使用。其中以16MnDR和09MnNIDR為母材的压力容器最为常见。我选择09MnNIDR作为母材，进行焊接工艺评定的选择和焊接质量控制的分析。
一、简析影响09MnNIDR钢焊接的因素
1.线能量：当采用较大线能量焊接时，使近缝区的晶粒粗大。导致冲击韧性急剧下降。我的经验是，焊条电弧焊线能量应控制在24KJ/cm以下；埋弧焊线能量应控制在26KJ/cm以下。并且采用多层多道焊接，从而减小焊接线能量。
2.焊缝中镍含量：Ni在钢中为纯固溶元素，具有明显降低冷脆转折温度的作用。所以NI含量过低，易使钢中出现粗大贝氏体及马氏体组织，导致焊缝的弯曲、冲击两项检测不合格。所以在选择焊材时要匹配适当的Ni含量。
3.层间温度：层间温度过低，易形成淬硬组织，对焊缝金属不利；层间温度过高，焊缝金属和热影响区高温停留时间过长，易造成晶粒粗大，使接头韧性变差。根据我的经验，当焊接09MnNiDR钢时，层间温度控制在50-100℃时接头-70℃焊缝力学性能最好。
二、焊接方法的选择
根据上面影响09MnNIDR钢焊接的因素可以看出来，无论是层间温度、焊缝元素成分都与线能量有关。过大的线能量，是直接导致焊接质量事故的原因。所以选择焊接方法时要优先选择小焊接热输入量的焊接方法。
手工电弧焊是低温钢最常用的焊接方法。其焊接热输入量一般在10—24KJ/cm。可以得到完全令人满意的焊接接头，不但机械性能好，缺口韧性也相当优良。
低温钢埋弧焊的热输入量一般在15—30KJ/cm。由于焊剂的隔热作用，会使冷却速度减慢，产生热裂纹的倾向性也较大，导致焊缝处局部区域出现低温冲击值急剧下降。因此在采用埋弧焊时要慎重仔细地进行操作。
钨极氩弧焊（TIG焊）通常都是手工操作，其焊接热输入量一般在6—18KJ/cm。钨极氩弧焊不但焊接热输入量最小，而且由于惰性气体Ar的有效保护，焊缝抗低温冲击韧性更好。
所以推荐优先选用钨极氩弧焊；其次为手工电弧焊。而埋弧焊，除非有很成熟的工艺和经验，否则不建议使用。至于其他焊接方法，我认为目前并不适合压力容器低温钢的焊接，所以不推荐使用。
三、焊接材料的选择
1.手工电弧焊根据NB/T47018-2017.2规定选择W707NI。焊材按照NB/T47018-2017.2和GB/T5117-2012标准采购。
2.钨极氩弧焊焊丝根据NB/T47018-2017.3规定选择ER55-NI3。焊材按照NB/T47018-2017.3和GB/T8110-2008标准采购。
3.以上焊接材料按照相关标准采购完成后，按照GB150-2011中5.1.4条规定，对焊条按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验，按照NB/T47018-2017.2中规定执行。
四、焊接工艺评定的选择
1、焊接工艺评定的适用范围分为：焊件母材厚度和焊缝金属厚度。我们在选择焊接工艺评定时往往注重母材厚度范围，而疏忽焊缝金属厚度范围，这是错误的。
2、每做一项焊接工艺评定都需要花费较高的资金。选择合理的焊接工艺评定厚度，可以减少焊接工艺评定数量，从而减少资金的投入。对于09MnNIDR这种低合金钢来说，由于GB150-2011的材料部分，已经提出来冲击试验要求。所以相应焊接工艺评定范围要符合NB/T47014-2011表7中规定外，还要考虑9.1.5.2中的规定。因此，最合理的焊接工艺评定厚度选择为4mm、8mm、38mm；其覆盖范围分别是2-8mm、8-16mm、16-200mm，以上范围基本可以覆盖压力容器用09MnNIDR的所有厚度。
3、我不建议同一个焊接工艺评定采用两种或两种以上的焊接方法进行评定。因为其评定的试件，熔敷金属厚度很难判定；从而对以后选择该焊接工艺评定时造成困难。并且在单独采用其中一种焊接方法时，其焊缝金属厚度范围变小，导致焊接工艺评定范围变小；使焊接工艺评定无法覆盖全部的母材厚度，导致从新进行焊接工艺评定。而且采用多种焊接方法进行焊接工艺评定，其检验数量最多的冲击试验要成倍增长，从而增加了检验投入的资金。
五、产品的焊接工艺
产品筒体、封头材质09MnNIDR；外形尺寸Φ400×10mm；介质烃、氮气；特性易爆；设计温度-61℃；设计压力1.9MPa。焊接方法采用手工钨极氩弧焊打底，焊材ER55-NI3；手工电弧焊填充、盖面，焊材W707NI；道间温度50-100℃。注意在焊接筒体纵缝前，因为GB150.4-2011中9.1.1.1要求制作产品焊接试件，制作过程按NB/T47016-2011相应规定进行，并且与筒体一同焊接。
六、结论
1.焊接09MnNIDR等低温设备时，要采用小电流，多层多道焊接。推荐手工电弧焊和手工钨极氩弧焊。
2.以4mm、8mm、38mm作为母材厚度进行焊接工艺评定，不但能够达到压力容器常用厚度的全覆盖，还能够减少不必要的经费支出。
3.适当增加焊材中NI含量，可以增加焊缝金属的低温冲击韧性。
4.产品焊接试件与产品同时焊接，并做好各项目的检验，来确保产品的焊接质量。
6.要严格控制焊条的含水量，对焊条按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验。
作者简介
王多壮，1984.5.23，性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁省绥中县老马路8号，当前职务：焊接责任工程师，当前职称：助理机械工程师，学历：本科，研究方向：压力容器焊接。
[关键词]09MnNIDR；低温压力容器；焊接工艺评定；焊接质量控制
中图分类号：S875 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0174-01
引言
进入21世纪，随着我国石油、化工行业的快速发展。与其相关用于储存干气、氮气、乙烯、烃类等低温压力容器得到广泛的使用。其中以16MnDR和09MnNIDR為母材的压力容器最为常见。我选择09MnNIDR作为母材，进行焊接工艺评定的选择和焊接质量控制的分析。
一、简析影响09MnNIDR钢焊接的因素
1.线能量：当采用较大线能量焊接时，使近缝区的晶粒粗大。导致冲击韧性急剧下降。我的经验是，焊条电弧焊线能量应控制在24KJ/cm以下；埋弧焊线能量应控制在26KJ/cm以下。并且采用多层多道焊接，从而减小焊接线能量。
2.焊缝中镍含量：Ni在钢中为纯固溶元素，具有明显降低冷脆转折温度的作用。所以NI含量过低，易使钢中出现粗大贝氏体及马氏体组织，导致焊缝的弯曲、冲击两项检测不合格。所以在选择焊材时要匹配适当的Ni含量。
3.层间温度：层间温度过低，易形成淬硬组织，对焊缝金属不利；层间温度过高，焊缝金属和热影响区高温停留时间过长，易造成晶粒粗大，使接头韧性变差。根据我的经验，当焊接09MnNiDR钢时，层间温度控制在50-100℃时接头-70℃焊缝力学性能最好。
二、焊接方法的选择
根据上面影响09MnNIDR钢焊接的因素可以看出来，无论是层间温度、焊缝元素成分都与线能量有关。过大的线能量，是直接导致焊接质量事故的原因。所以选择焊接方法时要优先选择小焊接热输入量的焊接方法。
手工电弧焊是低温钢最常用的焊接方法。其焊接热输入量一般在10—24KJ/cm。可以得到完全令人满意的焊接接头，不但机械性能好，缺口韧性也相当优良。
低温钢埋弧焊的热输入量一般在15—30KJ/cm。由于焊剂的隔热作用，会使冷却速度减慢，产生热裂纹的倾向性也较大，导致焊缝处局部区域出现低温冲击值急剧下降。因此在采用埋弧焊时要慎重仔细地进行操作。
钨极氩弧焊（TIG焊）通常都是手工操作，其焊接热输入量一般在6—18KJ/cm。钨极氩弧焊不但焊接热输入量最小，而且由于惰性气体Ar的有效保护，焊缝抗低温冲击韧性更好。
所以推荐优先选用钨极氩弧焊；其次为手工电弧焊。而埋弧焊，除非有很成熟的工艺和经验，否则不建议使用。至于其他焊接方法，我认为目前并不适合压力容器低温钢的焊接，所以不推荐使用。
三、焊接材料的选择
1.手工电弧焊根据NB/T47018-2017.2规定选择W707NI。焊材按照NB/T47018-2017.2和GB/T5117-2012标准采购。
2.钨极氩弧焊焊丝根据NB/T47018-2017.3规定选择ER55-NI3。焊材按照NB/T47018-2017.3和GB/T8110-2008标准采购。
3.以上焊接材料按照相关标准采购完成后，按照GB150-2011中5.1.4条规定，对焊条按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验，按照NB/T47018-2017.2中规定执行。
四、焊接工艺评定的选择
1、焊接工艺评定的适用范围分为：焊件母材厚度和焊缝金属厚度。我们在选择焊接工艺评定时往往注重母材厚度范围，而疏忽焊缝金属厚度范围，这是错误的。
2、每做一项焊接工艺评定都需要花费较高的资金。选择合理的焊接工艺评定厚度，可以减少焊接工艺评定数量，从而减少资金的投入。对于09MnNIDR这种低合金钢来说，由于GB150-2011的材料部分，已经提出来冲击试验要求。所以相应焊接工艺评定范围要符合NB/T47014-2011表7中规定外，还要考虑9.1.5.2中的规定。因此，最合理的焊接工艺评定厚度选择为4mm、8mm、38mm；其覆盖范围分别是2-8mm、8-16mm、16-200mm，以上范围基本可以覆盖压力容器用09MnNIDR的所有厚度。
3、我不建议同一个焊接工艺评定采用两种或两种以上的焊接方法进行评定。因为其评定的试件，熔敷金属厚度很难判定；从而对以后选择该焊接工艺评定时造成困难。并且在单独采用其中一种焊接方法时，其焊缝金属厚度范围变小，导致焊接工艺评定范围变小；使焊接工艺评定无法覆盖全部的母材厚度，导致从新进行焊接工艺评定。而且采用多种焊接方法进行焊接工艺评定，其检验数量最多的冲击试验要成倍增长，从而增加了检验投入的资金。
五、产品的焊接工艺
产品筒体、封头材质09MnNIDR；外形尺寸Φ400×10mm；介质烃、氮气；特性易爆；设计温度-61℃；设计压力1.9MPa。焊接方法采用手工钨极氩弧焊打底，焊材ER55-NI3；手工电弧焊填充、盖面，焊材W707NI；道间温度50-100℃。注意在焊接筒体纵缝前，因为GB150.4-2011中9.1.1.1要求制作产品焊接试件，制作过程按NB/T47016-2011相应规定进行，并且与筒体一同焊接。
六、结论
1.焊接09MnNIDR等低温设备时，要采用小电流，多层多道焊接。推荐手工电弧焊和手工钨极氩弧焊。
2.以4mm、8mm、38mm作为母材厚度进行焊接工艺评定，不但能够达到压力容器常用厚度的全覆盖，还能够减少不必要的经费支出。
3.适当增加焊材中NI含量，可以增加焊缝金属的低温冲击韧性。
4.产品焊接试件与产品同时焊接，并做好各项目的检验，来确保产品的焊接质量。
6.要严格控制焊条的含水量，对焊条按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验。
作者简介
王多壮，1984.5.23，性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁省绥中县老马路8号，当前职务：焊接责任工程师，当前职称：助理机械工程师，学历：本科，研究方向：压力容器焊接。