Q345R异种钢焊接工艺.pdf

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C Technology
工程技术
AIly20(N08020)+S30403/Q345R
异种钢焊接工艺
梁卓周旭东薛防震
中国石油天然气第一建设公司河南洛阳471012
摘要中石油大连石化公司350万t/a催化裂化装置烟气脱硫项目,催化烟气入ロ急冷段(Aly20铁镍基耐蚀合金
钢)与冷却吸收塔体(S30403/Q345R复合钢板)相焊。通过对母材的焊接性分析,采用手工电弧焊、按匹配原则选
择焊接材料、制定焊接工艺参数,获得了优良焊接接头。
关键词Aloy20异种钢焊接焊接性分析焊接工艺参数
中图分类号TG47文献标识码B文章编号1672-9323(2014)05-0068-04
为达到空气排放要求,减少炼油催化裂化装置烟气中SO、
NO以及颗粒物的排放,催化烟气脱硫、脱氮改造工程得到了国1材料化学成分和特性
家的大力推进。烟气脱硫技术有干法烟气脱硫技术、半干法烟气
AIly20(NS143/NO8020)的焊接具有与奥氏体不锈钢相类
脱硫技术和湿法烟气脱硫技术,无论采用何种工艺,对于输送烟似的问题,即具有较高的热敏感性,气孔生成率较高,容易产生
气管道材质的耐腐蚀性要求都非常苛刻。
未融合、未焊透等缺陷;此外,铁镍基合金钢还具有较高的焊接
AIly20(NS1403/N08020),又称20#合金,是一种进口奥
热裂纹倾向、焊接区域产生晶间腐蚀倾向(见表1
氏体铁镍基耐蚀合金,对氧化性和中等还原性腐蚀有很好的抵
抗能力,具有优异的抗应力腐蚀开裂能力和好的耐局部腐蚀能2焊接工艺评定
力,在很多化工工艺介质中有令人满意的耐蚀特性,包括侵蚀性
焊接工艺评定参照《石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金和锞合
很强的无机酸溶液,氯气和含氯化物的各种介质,干燥氯气,甲金焊接规程》SH/パT3523-2009、《压力容器焊接规程》
酸和醋酸,酸酐,海水和盐水等,成为理想的介质输送材料。随着NB/T47015-2011和《承压设备焊接工艺评定》
国内环保项目的逐步推进Aloy20的应用将会更加广泛。
NB/T47014-2011要求进行焊接工艺评定。
针对 Alloy20的异种焊接在国内尚不多见。为满足中石油2.1试板制备
大连石化公司350万ta催化裂化装置烟气脱硫项目中Al
下料采用线切割机床加工试板, Alloy20(400×300×6
loy20+S30403/Q345R焊接需要,我们通过对母材和焊材特性mm,复合钢板S30403/Q345R(400×300×3+3)。采用创边机进
分析按匹配原则选择焊接材料、不断调整焊接工艺参数、焊接试行坡口加工,将热影响区创掉。对于复合钢板应进行坡口渗透检
件经力学性能检验合格,成功地进行了焊接工艺评定。
表1 Alloy20和S30403的化学成分(9%)
合金
镍
铬
铜
钼
碳
锰
硫
Alloy20
32~38
19~21
3-4
0.07
2.00
0.045
0.035
S30403
8~-12
18~20
2.00
0.045
0.03
681石油化工建设045
学兔
E
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表2焊材合金元素表
合金
铜
钼
碳
硫
硅
E320LR
32.0-36.019.0-21.0
3.5~3.0
2.0~3.0
0.02
1.5~2.0
≤0.015
≤0,02
≤0.15
ENICRMO-3
≥58
20,0-23.0
≤0,5
8.0~10,0
0.02
≤0,5
≤0.02
≤0.015
≤0,2
测,确保无分层和裂纹。
珠光体钢侧热疲劳裂纹,使接头过早断裂。
由于铁镍合金具有较高的镍含量,液态镍流动性差,焊接时
若优先选用与珠光体钢线膨胀系数相近且塑性较好的镍基
易产生未熔合;其次铁镍基合金熔深较浅,为碳钢的509%,奥氏材料作为填充金属,这会使得焊接应力集在焊缝与塑性变形能
体的60%,为达到一定的熔深和良好的熔合性,应适当加大坡力强的奥氏体钢一侧,同时应严格控制焊接层间温度,控制冷却
口、减小钝边。
速度,避免温度刷烈变化。
2.2焊接材料的选用
综合上述考虑必须增加过渡层焊接,焊条选用 ENICR
焊接材料的选择既要考虑Ally20这种奥氏体铁镍基耐蚀Mo-3。与E320LR相比 ENICRMO-3有较多的Ni(≥58),还加
合金的特殊性,又要结合复合钢板材料的焊接工艺需求。
入了对氧化性和还原性无机酸和盐类具有抵抗力较高的Mo元
在化学成分上可以看出E320LR焊材的主要合金元素与素(8~10)。因此 ENICRMO-3具有良好的耐腐蚀和抗氧化性
AIoy20母材的成分基本相同。Aloy20与Q345R、Aloy20与能,能够在酸性环境中抵抗小孔腐蚀和缝隙腐蚀。
Q345R的焊接,均可采用E320LR进行焊接,已经有成熟的焊接
2.3焊接方法与工艺选择
工艺(见表2)。
根据现场情况,焊接方法均采用手工电弧焊进行焊接,调整
Aloy20与S30403/Q345R复合钢板的焊接,在预焊接工艺预焊接工艺规程,第二组试件焊接采用基层、过渡层、复合层三
规程编制中第一组试件首先采用E320LR进行焊接。焊后经过部分进行焊接(见图1)。 Alloy20与S30403/Q345R的焊接材料
RT检测,发现焊缝内部均出现了不同程度的夹渣和裂纹。对于选用基层E320LR、过渡层 ENICRMO-3,复合层E320LR。焊接
珠光体钢和奥氏体钢的焊接其在化学成分、金相组织、物理性能
材料采用Φ3.2焊条,焊接电流选用100~120A,电弧电压
以及力学性能均有较大差异,为保证焊接质量必须考虑下列问24V。
题
60土5°
2.2.1焊接过程中的金属稀释问题
珠光体钢合金元素含量远不及奥氏体钢,熔池中的氧化还
原反应会引起合金元素的烧损;焊接熔池边缘,液态金属温度
低、流动性差,熔化母材金属在熔池边缘上与填充金属不能很好
的熔合,使得在靠近珠光体母材的狭窄区域内形成和焊缝金属
内成分不同、宽度为0.2mm~0.6mm的过渡层,离熔合线越
图1焊接示意图
近,珠光体钢的稀释作用越强,特别是Cr、Ni.Mo等合金元素的2.4试件力学性能实验
稀释。
第二组试件焊接后经射线检测合格,再按照
焊接时考虑采用铬镍含量较高的焊条时,改善异种钢熔合NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》要
区质量,将不存在相变过程,接头各区组织应力小。
求取样加工成试件,按GB/T232-2010《金属材料弯曲试验方
2.2.2熔合区中碳扩散层的形成
法》规定的方法试验,拉伸和面弯试验结果均合格,在背弯试验
由于珠光体钢含碳量较高,合金元素少,而奥氏体钢却相中出现了不合格试样。背弯试样加工一共12块,有2块出现了
反。在高温加热过程中珠光体钢与奥氏体钢界面发生碳迁移,珠平坦形断口(见图2