畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9Ni鋼焊接熱影響區(qū)組織及殘余應(yīng)力分析

1、9 ni鋼焊接熱影響區(qū)組織及殘余應(yīng)力分析摘要：本文首先對(duì)焊接殘余應(yīng)力的測(cè)試方法和有限元分析的基本原理進(jìn)行了闡述。在對(duì)鋼板焊接殘余應(yīng)力模擬分析過(guò)程中，本文采用ansys軟件的熱一結(jié)構(gòu)耦合功能，利用改變單元屬性法、生死單元法對(duì)對(duì)接焊縫在焊接過(guò)程的殘余應(yīng)力進(jìn)行了模擬分析，通過(guò)ansys軟件實(shí)現(xiàn)焊接熱源的移動(dòng)加載。最后通過(guò)后處理，得出了不同時(shí)刻焊縫處各點(diǎn)的溫度分布曲線及焊縫部位殘余應(yīng)力的大小及分布規(guī)律。通過(guò)研究和實(shí)例驗(yàn)證，本文建立了可行的對(duì)接焊縫的三維溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力的動(dòng)態(tài)模擬分析方法，為復(fù)雜的焊接鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維焊接溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力的分析提供了理論和指導(dǎo)，促進(jìn)了有限元分析方法在焊接力學(xué)在實(shí)際工程中的作

2、用通過(guò)對(duì)大型lng低溫儲(chǔ)罐用9ni鋼的焊接性能的研究，掌握國(guó)產(chǎn)兩種9ni鋼的兩種焊接工藝，主要包括手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊對(duì)所得的焊接接頭進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并進(jìn)行硬度試驗(yàn)、金相試驗(yàn).并觀察兩種工藝下的金相組織。綜合研究此兩種焊接工藝所得的兩種9ni鋼焊接接頭的綜合性能，獲得合適的焊接工藝。本文經(jīng)過(guò)上述兩種焊接工藝對(duì)國(guó)產(chǎn)9ni鋼和適用的焊接工藝進(jìn)行了詳細(xì)研究，取得進(jìn)展。研究表明了，國(guó)產(chǎn)9ni鋼在兩種焊接工藝都能獲合格的焊接接頭，對(duì)焊接工藝的研究獲得了成功。關(guān)鍵詞：9ni鋼；焊接工藝；數(shù)值模擬subject：9ni steel welding heat affected zone and residua

3、l stress analysisabstract ：the paper firstly describes the testing methods of welding residual stress and the basic theories of finite element analysisin the processing of numerical simulation of the steel plate welding residual stress，with the thermalstructure coupling function of ansys software an

4、d the method of changing elements type or“birth and death”this paper deals with simulation analysis of the residual stress for the welding process of the butt weldingit uses ansys to apply moving heat source loadfinally temperature distribution curve of each point and the size and distributed rules

5、of the welding residual stress in welding linethrough the research and practical verification,this paper establishes a feasible dynamic simulation method on 3-d welding temperature field and residual stress field of butt welding plane，providing the theoretic analysis of residual stress and instructi

6、on, promoting the application of finite element method on welding mechanics analysis and engineeringthrough to the largescale lng low temperature storage tank with the 9ni steel welding performance research，grasps the domestically produced two kind of 9ni steel and four kinds of welding processes，ma

7、inly including shielded metal arc welding、argon tungstenarc welding union melt carries on the quality examination to the obtained weld joint，and carries on the hardness test，the metallographic testthe synthetic study on two kind of 9ni steel weld joint overall performance obtained by this two kind o

8、f welding process and obtains the appropriate present paper passed through the above two kind of welding process the 9ni steel welding performance and the suitable welding process to the domestically produced9ni steel has conducted the dissect，made more success.key words：9ni steel;welding procedure

9、qualification;numerical simulation目 錄1. 緒 論11.2 低溫鋼簡(jiǎn)介21.2.1 低溫鋼的概念21.2.2 低溫鋼的分類21.2.3 低溫鋼的性能要求31.3 9ni鋼的發(fā)展現(xiàn)狀31.4 化學(xué)成分對(duì)9ni鋼的影響51.5熱處理對(duì)9ni鋼的影響51.6 9ni鋼的焊接性能71.7 9ni鋼焊接熱影響區(qū)的低溫韌性71.8 焊接殘余應(yīng)力的概念及殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因81.9 研究?jī)?nèi)容92. 國(guó)內(nèi)9ni鋼的焊接工藝研究112.1 9ni鋼焊接工藝研究的目的和意義112.2 國(guó)產(chǎn)9ni鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能112.3焊接材料選擇和焊接試件加工112.4 焊接工藝研究12

10、2.4.1 手工電弧焊焊接工藝122.4.2 埋弧自動(dòng)焊焊接工藝162.5 9ni鋼焊接接頭低溫沖擊試驗(yàn)193.1試樣的浸蝕243.2 國(guó)產(chǎn)9ni鋼焊接接頭金相試驗(yàn)結(jié)果243.3試驗(yàn)結(jié)果及分析254. 用ansys12.0對(duì)9ni鋼焊縫熱應(yīng)力分析264.1 ansys概述2642焊接溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算27421前處理27422載荷施加和求解284.2.3后處理284.3焊接應(yīng)力場(chǎng)模擬計(jì)算294.3.1焊接應(yīng)力場(chǎng)的ansys求解294.3.2定義邊界條件和施加載荷294.3.3 后處理304.4 9ni鋼焊縫熱應(yīng)力分析304.4.1 研究對(duì)象、材料熱物理性能及力學(xué)性能304.4.2 有限元模型的建

11、立314.4.3 溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算325. 結(jié)論41參考文獻(xiàn)42致 謝43附 錄44西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1. 緒 論課題背景液化天然氣(liquefied natural gas，簡(jiǎn)稱lng)就是將開(kāi)采出來(lái)的天然氣經(jīng)過(guò)深度凈化處理，在常壓162的低溫條件下使其轉(zhuǎn)化為液體，體積縮小625倍，便于進(jìn)行長(zhǎng)距離的安全運(yùn)輸。近年來(lái)全球lng的生產(chǎn)和貿(mào)易日趨活躍，正在成為世界油氣工業(yè)新的熱點(diǎn)。為保證能源供應(yīng)多元化和改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，一些能源消費(fèi)大國(guó)越來(lái)越重視lng的引進(jìn)，lng將成為石油之后下一個(gè)全球爭(zhēng)奪的熱門能源商品。據(jù)英國(guó)坎特伯雷dougas-westwood公司發(fā)布的20052009年

12、全球lng(液化天然氣)研究報(bào)告顯示，未來(lái)4年lng基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭，預(yù)計(jì)2005-2009年，全球用于lng礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基本建設(shè)費(fèi)用將超過(guò)670億美元 。當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展勢(shì)頭仍在繼續(xù)，在國(guó)際石油價(jià)格節(jié)節(jié)升高的情勢(shì)之下，中國(guó)的能源危機(jī)越發(fā)顯得更加嚴(yán)重。如果能在中國(guó)大力發(fā)展lng，則可以在很大程度上可彌補(bǔ)石油資源不足、保證能源供應(yīng)的多元化、逐步提高我國(guó)環(huán)境質(zhì)量，并且對(duì)我國(guó)的西氣東輸也能起到互補(bǔ)的重要作用。從1994年以來(lái)，我國(guó)已先后開(kāi)展了廣東、福建和華東三地的lng港址比選工作，目前，正在深圳大鵬灣秤頭角建設(shè)我國(guó)第一個(gè)lng接收終端；廣東第二個(gè)lng接收站擬選址珠海市，并

13、首選高欄港的平排山為站址。福建湄洲灣的lng接收站正在開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，該項(xiàng)目總接收能力為460104t。江蘇如東、浙江寧波等地的lng接收站也在抓緊進(jìn)行前期準(zhǔn)備工作。上海lng接收站項(xiàng)目目前進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段，項(xiàng)目按年接收600萬(wàn)噸設(shè)計(jì)。預(yù)計(jì)2008年建成投產(chǎn)的浙江寧波lng接收站項(xiàng)目也已取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展，項(xiàng)目由接收站、碼頭、輸氣干線及液化天然氣電廠組成。lng通常由專用運(yùn)輸船從生產(chǎn)地輸出終端運(yùn)到接收終端，經(jīng)再氣化后外輸至用戶。lng接收終端主要包括lng運(yùn)輸、接收、再氣化、外輸工藝鏈。要建造大型液化天然氣的設(shè)備和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施，甚至于輸運(yùn)液化天然氣的槽船，利用液化天然氣船、槽車或短距離管道進(jìn)行運(yùn)送。這一切設(shè)

14、施少不了使用低溫鋼。lng儲(chǔ)罐中內(nèi)罐材料的選擇是設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。(1)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度(包括疲勞強(qiáng)度)；(2)在使用溫度范圍內(nèi)，應(yīng)具有充分的韌性，不會(huì)產(chǎn)生脆性破壞；(3)具有良好的加工性和可焊性。能夠滿足這些條件，適宜建造lng儲(chǔ)罐的材料有9ni鋼、鋁合金。9ni鋼以其低溫韌性好，強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)小等主要優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸成為了在lng槽船、儲(chǔ)罐等設(shè)備建造中使用的最多的材料。由于無(wú)論lng槽船或槽車，接觸lng的部件都是在極低的溫度下工作的，因此研究lng儲(chǔ)罐中內(nèi)罐材料低溫條件下的韌性是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題。而到目前為止，我國(guó)對(duì)低溫鋼材料的研究并沒(méi)有形成一個(gè)完整的體系，目前正在建造

15、的大型低溫貯罐大都使用美國(guó)asme規(guī)范的鎳系低溫鋼材料，國(guó)內(nèi)關(guān)于大型lng儲(chǔ)槽的研究尚處于起步階段，對(duì)于lng儲(chǔ)槽的設(shè)計(jì)和建造還缺乏足夠的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。因此展開(kāi)對(duì)大型lng低溫儲(chǔ)槽用9ni鋼的研究和技術(shù)攻關(guān)是十分必要的。而9ni鋼的焊接工藝更是在世界上僅有幾家企業(yè)掌握。因此，9ni鋼焊接工藝的研究成為低溫容器施工單位迫切需要解決的一個(gè)重大課題。9ni鋼作為焊接結(jié)構(gòu)用鋼，在進(jìn)行焊接加工時(shí)，其焊接熱輸入將會(huì)影響到熱影響區(qū)的組織性能，使低溫韌性下降。所以研究其焊接熱影響區(qū)的低溫韌性的變化，檢測(cè)其能否滿足實(shí)際工作要求，是9ni鋼研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。而焊接熱模擬技術(shù)是利用焊接熱模擬機(jī)在試樣上重現(xiàn)焊接熱影響

16、區(qū)的焊接熱循環(huán)，使焊接影響區(qū)各窄小的特定溫度區(qū)得以放大，并與焊接熱影響區(qū)的組織性能有著良好的吻合性，在焊接研究中發(fā)揮著重要的作用。1.2 低溫鋼簡(jiǎn)介1.2.1 低溫鋼的概念用于制造20-253。c低溫下工作的儲(chǔ)存和運(yùn)輸各類液化氣體的設(shè)備，因此這類鋼必須具備的最重要的性能是抗低溫脆化。通常將各種液化石油氣、液氨、液氧、液氮等生產(chǎn)、儲(chǔ)存容器和輸送管道以及在寒冷地區(qū)服役的設(shè)備，稱為低溫容器，制造這些容器所用的鋼，統(tǒng)稱為低溫鋼。1.2.2 低溫鋼的分類(1)按使用溫度等級(jí)分類：分為-10-40、一50-90、-100-120、和-196273等級(jí)低溫鋼。(2)按合金含量和組織分類：分為低合金鐵素體型低

17、溫鋼，中合金低碳馬氏體型低溫鋼和高合金奧氏體型低溫鋼。(3)按有無(wú)鎳、鉻元素分類：分為無(wú)鎳、鉻低溫鋼和含鎳鉻低溫鋼。含鎳主要包括05ni、15ni、25ni、35ni、5ni和9ni鋼。不含鎳的有09mn2v、09mnticure、06mnnb、06aicu，06ainbcun等。(4)按熱處理方法分類：分為非調(diào)質(zhì)低溫鋼和調(diào)質(zhì)低溫鋼。(5)按晶體點(diǎn)陣類型分類：分為體心立方的鐵素體低溫鋼和面心立方的奧氏體低溫鋼兩大類。鐵素體低溫鋼一般存在明顯的韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)溫度降低至某個(gè)臨界值(或區(qū)間)會(huì)出現(xiàn)韌性的突然下降。因此，鐵素體鋼不宜在其轉(zhuǎn)變溫度以下使用，一般需加入mn、ni等合金元素，降低間隙雜

18、質(zhì)，細(xì)化晶粒，控制鋼中第二相的大小、形態(tài)和分布等，使鐵素體鋼的韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度降低。鐵素體低溫鋼按成分分為三類：低碳錳鋼(c 0.05-0.28%，mn o62%)。使mnc=10，降低氧、氮、硫、磷等有害雜質(zhì)，有的還加入少量鋁、鈮、鈦、釩等元素以細(xì)化晶粒。這類鋼最低使用溫度為-60左右。低合金鋼。主要有低鎳鋼(ni20)、錳鎳鉬(mn0.6-1.5,ni 0.21.o，mo o.4-0.6，c郢25t粉、鎳鉻鉬鋼fni0730，cr042o，moo2-4)6，c郢25)。這些鋼種的強(qiáng)度高于低碳鋼，最低使用溫度可達(dá)一110。c左右。我國(guó)研制了幾種節(jié)鎳的低溫用低合金鋼如09mn2v等。中(高)合

19、金鋼。主要有6ni鋼、9ni鋼、36ni銅。其中9ni鋼是應(yīng)用較廣的深冷用鋼，這類高鎳鋼的使用溫度可低至-196。奧氏體低溫鋼具有較高的低溫韌性，一般沒(méi)有韌性一脆性轉(zhuǎn)變溫度。按合金成分不同，可分為三個(gè)系列：fecr-ni系。主要為18-8型鉻鎳不銹耐酸鋼。這種鋼低溫韌性、耐蝕性和工藝性均較好，已不同程度地應(yīng)用于各種深冷(150-269。c)技術(shù)中。fecr-nimn和fecr-nimn-n系。這類鋼種以錳、氮代替部分鎳來(lái)穩(wěn)定奧氏體。氮還有強(qiáng)化作用，使鋼具有較高的韌性、極低的磁導(dǎo)率和穩(wěn)定的奧氏體組織，適用于作超低溫?zé)o磁鋼(即材料的磁導(dǎo)率很小)。如0cr21ni6mn9n和0crl6ni22mn9

20、m02等在一269c作無(wú)磁結(jié)構(gòu)部件。femn-a1系奧氏體低溫?zé)o磁鋼。是中國(guó)研制的節(jié)約鉻、鎳的新鋼種，如15mn26a14等可部分代替鉻鎳奧氏體鋼，用于196以下的極低溫區(qū)。如能改善這種鋼的抗化學(xué)腐蝕能力，還可擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。1.2.3 低溫鋼的性能要求低溫鋼主要應(yīng)具有如下的性能：韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度低于使用溫度；滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度；在使用溫度下組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：良好的焊接性和加工成型性；某些特殊用途還要求極低的磁導(dǎo)率、冷收縮率等。低溫鋼主要用于制造20-一253。c低溫下工作的儲(chǔ)存和運(yùn)輸各類液化氣體的設(shè)備，因此這類鋼必須具備的最重要的性能是抗低溫脆化。要求材料具有抗脆性裂紋擴(kuò)展的止裂性能。此外，從安

21、全角度考慮，希望低溫鋼的屈強(qiáng)比不要高，屈強(qiáng)比越大，表明塑性變形能力的儲(chǔ)備越小，在應(yīng)力集中部位的應(yīng)力再分配能力越低，從而易于促使脆性斷裂的產(chǎn)生。1.3 9ni鋼的發(fā)展現(xiàn)狀9ni鋼是低碳馬氏體型低溫用鋼，是美國(guó)inco公司于1944開(kāi)發(fā)的，1948年推向市場(chǎng)，美國(guó)首先將其應(yīng)用于天然氣提取液he反應(yīng)塔及液氧儲(chǔ)罐內(nèi)殼的建造中。1956年得到astm規(guī)范認(rèn)證。1963年astm規(guī)范認(rèn)定：板厚不超過(guò)50mm的儲(chǔ)罐可以不進(jìn)行消除焊接殘余應(yīng)力熱處理，使9ni鋼用于大型lng成為可能。日本大規(guī)模的應(yīng)用9ni鋼是從1969年橫濱根岸港建成的35000m3和45000m3平底球面二重式lng儲(chǔ)罐開(kāi)始的。隨后9ni鋼

22、、astm a533鋼在陸上lng儲(chǔ)罐建造上得到大量利用，而用于lng油輪建造僅限于法國(guó)1965年建造的jules veme”號(hào)。70年代后期，世界上能源需求增加，陸上lng儲(chǔ)罐的需求增大，且不斷向大型化方向發(fā)展。1980年日本建成了75000 m3lng儲(chǔ)罐，所用鋼板板厚為27mm。1977年制定的jis g3127規(guī)范對(duì)9ni鋼的熱處理進(jìn)行了要求：兩次正火回火處理(nnt)和淬火回火處理(qt)。與此同時(shí)，制鋼技術(shù)迅速發(fā)展，連鑄技術(shù)成功應(yīng)用，熔煉脫磷、轉(zhuǎn)爐精煉等高純度鋼制造技術(shù)得到開(kāi)發(fā)應(yīng)用，這些新技術(shù)提高了9ni的韌性。另一方面，也有新的熱處理工藝?yán)缈豷usl$4后直接淬火工藝，(屬于t

23、mcp技術(shù)范疇)，通過(guò)細(xì)化晶粒和改善淬透性提高了韌性。又如，雙相區(qū)熱處理，在鐵素體和奧氏體雙相區(qū)進(jìn)行加熱冷卻的淬火熱處理，通過(guò)增加回轉(zhuǎn)奧氏體含量提高了鋼材的韌性，因此9ni鋼的應(yīng)用日益廣泛，現(xiàn)己制成大型lng低溫儲(chǔ)罐，并作為lng或液氮用鋼已被世界各國(guó)普遍采用o asme規(guī)范要求低溫時(shí)使用的鎳系低溫鋼sa353、sa553、sa645要進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn)，并規(guī)定了其試驗(yàn)方法和合格標(biāo)準(zhǔn)，其中沖擊試驗(yàn)的溫度應(yīng)是從受壓時(shí)的最低溫度或儲(chǔ)存低溫液體的溫度二者之中選取的較低的溫度。同時(shí)規(guī)范還規(guī)定了鎳系低溫鋼需要焊后熱處理的厚度是超過(guò)2英寸。asme規(guī)范所推薦的鎳系低溫鋼因其優(yōu)越的使用性能，得到世界各國(guó)的廣泛

24、使用。表1-2為國(guó)外典型ni系低溫鋼的機(jī)械性能。我國(guó)在20世紀(jì)60年代末，研制了從40到253的無(wú)鎳低溫用鋼，由于各種原因，這些低溫鋼沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。1983年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布了gb3531-1983低溫壓力容器用低合金鋼厚鋼板技術(shù)條件，規(guī)定了16mndr，09mnticuxtdr，09m112vdr，06mnnbdr四種無(wú)鎳低溫鋼，使用溫度從-30-90，其中09mn2vdr最低使用溫度為-70，06mnnbdr最低使用溫度為90。1996年4月，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局又發(fā)布了gb35311983的修訂版即gb 35311996低溫壓力容器用低合金鋼鋼板，使用溫度從-30-70。取消了舊標(biāo)準(zhǔn)中的牌號(hào)

25、09mnticuxtdr和06mnnbdr，新增加了15mrlnidr和09mnnidr兩種有鎳鋼；09mn2vdr最低使用溫度由70改變?yōu)?0。除gb3531規(guī)定的四種低溫鋼外，07mnnic訂bdr由于其良好的低溫沖擊韌性，在-40的低溫沖擊功值大于等于47j，在gbl501998附錄中被推薦為低溫用鋼。2000年9月26日，國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局以質(zhì)監(jiān)標(biāo)函2000】171號(hào)文發(fā)布gb3531-1996的第l號(hào)修改單，取消了09mn2vdr牌號(hào)，自2001年1月1日起實(shí)施。至此列入國(guó)標(biāo)的低溫鋼就只有四種了，其中16 mndr鋼是制造-40低溫設(shè)備用的經(jīng)濟(jì)而又成熟的鋼種，可制造液氨設(shè)備等；15

26、mnnidr和09mnnidr屬鎳系低溫鋼，具有良好的低溫韌性和焊接性。這樣，在我國(guó)只有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)計(jì)溫度大于等于70。c的低溫用材料，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于70時(shí)就必須選用價(jià)格較貴的國(guó)外材料或不銹鋼材料了。到目前為止，我國(guó)的低溫鋼材料沒(méi)有形成一個(gè)完整的體系，而且在品種、規(guī)格尺寸、某些技術(shù)條件以及供貨時(shí)問(wèn)和經(jīng)濟(jì)性要求等方面還不能滿足使用要求，我國(guó)正在建造的大型低溫貯罐大都使用美國(guó)asme規(guī)范的鎳系低溫鋼材料。80年代，從法國(guó)引進(jìn)了9ni鋼球罐兩套共8臺(tái)，用于液態(tài)乙烯儲(chǔ)存。其設(shè)計(jì)壓力為22mpa，設(shè)計(jì)溫度為一31104c。9ni鋼一般都是薄板用于常壓或微低壓及超低溫條件，用于制造中厚板的中壓低溫容器在國(guó)

27、內(nèi)是第一次。通過(guò)進(jìn)行大量的焊接工藝驗(yàn)證和焊接性、斷裂韌性、安全性分析等試驗(yàn)研究，為9ni鋼球罐的焊接質(zhì)量和安全使用提供了可靠的依據(jù)。較好地解決了球罐施工中遇到的熱裂紋、冷裂紋、磁偏吹等技術(shù)問(wèn)題，已有一套(4臺(tái))投入正常運(yùn)行。1995年揚(yáng)子石化公司在乙烯裝置由30萬(wàn)訛擴(kuò)建為40萬(wàn)訛工程期間，為保證下游化工生產(chǎn)需要和安全存儲(chǔ)乙烯物料，在江邊碼頭新建了一套乙烯低溫儲(chǔ)運(yùn)設(shè)旖。其中，9ni鋼制作的1萬(wàn)m3雙層結(jié)構(gòu)乙烯低溫儲(chǔ)罐是工程的核心和難點(diǎn)。2004年，國(guó)內(nèi)首個(gè)大型低溫液化氣項(xiàng)目廣東lng工程開(kāi)工，共有大型儲(chǔ)罐3臺(tái)，坐落于深圳大鵬灣，毗鄰大亞灣核電站，并與之共同組成中國(guó)南部沿海的新型清潔能源基地。大罐

28、單臺(tái)容積16萬(wàn)立方米，單臺(tái)結(jié)構(gòu)重7000噸，直徑80米，僅罐頂自重就達(dá)700余噸，被稱為“遠(yuǎn)東之最”。該工程具有三大技術(shù)難點(diǎn)，即罐頂氣吹頂升、9ni鋼壁板焊接、罐底板鋪設(shè)，其中難度最大的就是9ni鋼焊接。1.4 化學(xué)成分對(duì)9ni鋼的影響9ni鋼是低碳馬氏體型低溫用鋼，具有體心立方結(jié)構(gòu)，其韌性與溫度有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系，即有明顯的脆性轉(zhuǎn)變溫度。影響脆性轉(zhuǎn)變溫度的因素主要有晶粒度、組織結(jié)構(gòu)、合金元素和雜質(zhì)等11”。ni是9ni鋼中的主要合金元素。在鋼中加入ni 85啦950的作用是：改善鐵素體的低溫韌性和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。降低acl點(diǎn)，細(xì)化晶粒。在回火過(guò)程中能析出大約10的分散的逆轉(zhuǎn)奧氏體，逆轉(zhuǎn)奧氏體

29、與殘留奧氏體能吸收有害雜質(zhì)，提高鐵素體的韌性，有利于阻止裂紋擴(kuò)展。ni的固溶，增加了基體的交叉滑移能力，減少了間隙原子與位錯(cuò)的交互作用。為了保證9ni鋼的韌性要嚴(yán)格控制其它元素或雜質(zhì)的含量，最大限度地降低鋼中的有害雜質(zhì)元素，如硫、磷、氧、氫和氮等的含量。含碳量升高，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，所以無(wú)論從低溫韌性考慮還是從焊接性考慮都要限制含碳量在o13以下。微量磷與氧就能使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，因此也必須嚴(yán)格限制。超低的硫、磷、氮含量顯著地提高了普通低合金鋼的低溫沖擊韌性和抗應(yīng)變時(shí)效性。錳對(duì)降低脆性轉(zhuǎn)變溫度是有效的。因?yàn)殄i同鎳一樣，能使銅的相變溫度下降，容易得到細(xì)而富有韌性的鐵素體晶粒。降低含碳量，提高mn

30、c比，可以得到較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。近年來(lái)冶煉技術(shù)的革新，提高了鋼的純凈度，高純凈化對(duì)深低溫用9ni鋼的極限工作溫度(一1964c)下的缺口沖擊韌度起到了相當(dāng)良好的作用，不僅明顯地提高了鋼的沖擊韌性，特別是低溫沖擊韌性，抗應(yīng)變時(shí)效性、抗回火脆性和耐蝕性，而且可大大改善其加工性能，包括焊接性和熱加工性能，這對(duì)于大型(10萬(wàn)m3以上)lng儲(chǔ)罐的建造，具有十分重要的意義。1.5熱處理對(duì)9ni鋼的影響9ni鋼淬火后的組織為低碳馬氏體；經(jīng)過(guò)正火后其組織除含有低碳馬氏體外，還會(huì)出現(xiàn)貝氏體。9ni鋼的回火溫度一般為550-580，此時(shí)其組織為含鎳的鐵素體及約10的富碳富鎳奧氏體。碳鎳均為擴(kuò)大1，區(qū)的元素，m

31、。點(diǎn)的降低，使奧氏體具有極高的穩(wěn)定性，即使冷至一200也不發(fā)生轉(zhuǎn)變，因而使鋼具有良好的低溫韌性。當(dāng)回火溫度高于580時(shí)，奧氏體的含量將增多，使奧氏體中的含碳量降低，穩(wěn)定性降低，低溫下就發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。9ni鋼的等溫和連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線如圖11、圖12所示。9ni鋼有三種熱處理供貨狀態(tài)：雙正火+回火(nnt)第一次正火為900c空冷，第二次正火為79012空冷，雙正火細(xì)化了晶粒，回火溫度為550-58012回火后急冷。經(jīng)雙正火和回火后的組織為回火馬氏體與貝氏體。淬火+回火(qt)淬火溫度為800，水冷或油冷?；鼗饻囟葹?50-580c。經(jīng)淬火和回火后的組織為低碳馬氏體。 兩相區(qū)淬火+回火(mt) 一般

32、為800空冷，670水淬?；鼗饻囟葹?50580。經(jīng)兩相區(qū)淬火和回火后的組織為低碳馬氏體。在三種熱處理制度中，經(jīng)nnt處理的9ni鋼，其低溫韌性最差，經(jīng)iht處理的9ni鋼，低溫韌性最好。原因有兩點(diǎn)：在嘶兩相區(qū)中的670c淬火處理，在相同的回火溫度下，逆轉(zhuǎn)奧氏體的數(shù)量比經(jīng)qt處理后多。如同在560。c回火，iht的逆轉(zhuǎn)奧氏體為56，akv77k為104j；而qt的逆轉(zhuǎn)奧氏體僅為25，akv77k為43j。用不同的溫度回火處理，經(jīng)qt與iht處理的9ni鋼雖可獲得同樣數(shù)量的逆轉(zhuǎn)奧氏體，但經(jīng)qt處理的逆轉(zhuǎn)奧氏體的析出部位比較集中，主要分布于原奧氏體晶界與馬氏體束界上。經(jīng)iht處理后，逆轉(zhuǎn)奧氏體分布

33、均勻。特別是它在馬氏體板條問(wèn)析出，析出的彌散性導(dǎo)致了9ni鋼的高韌性。1.6 9ni鋼的焊接性能由于作為lng主要成分的甲烷，沸點(diǎn)是1615，這就必須有保證在如此低的溫度下能安全工作的儲(chǔ)罐材料。能在1615下安全使用的材料有9ni鋼、鋁合金、奧氏體不銹鋼及鎳基合金等。隨著儲(chǔ)罐大型化，對(duì)制造用材也提出了強(qiáng)度高、加工性好、焊接性優(yōu)良等要求。在上述幾種材料中，9ni鋼是最經(jīng)濟(jì)的一種材料。9ni鋼的使用溫度最低可達(dá)196，1960年以前9ni鋼只能用鐵素體焊條焊接，需進(jìn)行焊后消除應(yīng)力的熱處理，這對(duì)于制造大型儲(chǔ)罐是一個(gè)難題。1960年lo月，采用高鉻鎳型焊條焊接9ni鋼成功，并通過(guò)了液氮溫度下的爆破增壓

34、試驗(yàn)。后來(lái)開(kāi)發(fā)的9ni鋼的雙正火+回火(doublenormalized and tempered，簡(jiǎn)稱nnt)熱處理工藝和淬火+回火(quenched and tempered，簡(jiǎn)稱qt)熱處理工藝使其焊接不需進(jìn)行焊后消除應(yīng)力的熱處理。1962年，astm規(guī)范認(rèn)定：板厚不超過(guò)38mm的儲(chǔ)罐可以不進(jìn)行消除焊接殘余應(yīng)力熱處理，1963年又?jǐn)U大至u50mm，使9ni鋼用于大型lng儲(chǔ)罐制造成為可能。1965年法國(guó)用9ni鋼建造了第一艘lng油輪“jules veme”號(hào)，艙容2584萬(wàn)m3。日本大規(guī)模使用9ni鋼開(kāi)始于19691：橫濱港建成的35萬(wàn)m3和45萬(wàn)m3平底球面二重式lng儲(chǔ)罐。自10年

35、通過(guò)研究證明不進(jìn)行焊后消除應(yīng)力處理(sr)亦可安全使用以來(lái)，就成為用于制造低溫儲(chǔ)罐的主要材料之一。9ni鋼的優(yōu)異力學(xué)性能不僅取決于它的化學(xué)成分，也依賴于恰當(dāng)?shù)臒崽幚?。lng儲(chǔ)罐等大型焊接結(jié)構(gòu)幾乎都是在現(xiàn)場(chǎng)組裝，因此對(duì)焊縫區(qū)進(jìn)行與板材相同的熱處理是不可能的。所以，一般都采用焊后能獲得穩(wěn)定的低溫韌性的鎳基合金作為焊接材料。盡管現(xiàn)在已研制出與母材成分相同的焊材，但是9ni鋼用焊接材料仍然以高ni合金為主。由于母材和焊材是非同質(zhì)材料，所以在焊接上也存在一些其他材料焊接中所沒(méi)有的特殊問(wèn)題。 1.7 9ni鋼焊接熱影響區(qū)的低溫韌性由于焊接過(guò)程是一個(gè)特殊的局部加熱與冷卻過(guò)程，它的加熱速度快、加熱溫度高、高溫

36、停留時(shí)間短、冷卻速度范圍較廣、相交過(guò)程是在局部、有應(yīng)力約束條件下進(jìn)行的，這一切都使得對(duì)焊接粗晶haz的韌性進(jìn)行研究具有其重要性。在焊接熱循環(huán)的作用下，haz的顯微組織分布極不均勻。在經(jīng)歷單道焊時(shí)，根據(jù)焊接時(shí)熱循環(huán)峰值溫度的不同，haz可以分為4個(gè)區(qū)域：粗晶區(qū)(coarse-grainedhaz)， 細(xì)晶區(qū)(fine-grainedhaz)、臨界區(qū)(intercriticalhaz)和亞臨界區(qū)(subcriticalhaz)。一般認(rèn)為，由于粗晶區(qū)在熔合線附近，有著粗大的奧氏體晶粒，沖擊韌性較低。單道焊熱影響區(qū)的示意圖如圖13所示。焊接過(guò)程中，9ni鋼熱影響區(qū)的各成分雖無(wú)變化，但在1200以上峰值

37、溫度的熱循環(huán)作用下，過(guò)熱區(qū)會(huì)產(chǎn)生粗大的馬氏體和貝氏體組織，逆轉(zhuǎn)奧氏體減少，將使低溫韌性下降。因此，單道焊的粗晶區(qū)是焊接接頭的韌性谷區(qū)。應(yīng)盡量控制線能量并采用多道焊，以減少高溫停留時(shí)間。在多道焊中，先前焊道經(jīng)受了不同峰值溫度的二次熱循環(huán)，一般而言，當(dāng)二次熱循環(huán)的峰值溫度處于臨界兩相區(qū)(acac3)即ic cghaz區(qū)時(shí)，粗晶區(qū)的韌性下降。其原因歸結(jié)于粗晶粒的遺傳。當(dāng)二次熱循環(huán)的峰值溫度處于兩相區(qū)以外的其它溫度區(qū)間時(shí)，粗晶區(qū)的韌性有不同程度的提高，其中當(dāng)二次熱循環(huán)的峰值溫度略高于ac3時(shí)，一次熱循環(huán)粗晶區(qū)韌性改善較明顯。資料表明，像其他結(jié)構(gòu)鋼一樣，對(duì)于經(jīng)歷了焊接過(guò)程的焊接熱影響區(qū)(heat-aff

38、ected zone，簡(jiǎn)寫為haz)來(lái)說(shuō)，普遍認(rèn)為9ni鋼有兩個(gè)局部脆化區(qū)域(local brittle zone，lbz)，即單道焊的粗晶區(qū)和多道焊的臨界粗晶區(qū)。一般認(rèn)為，相對(duì)于母材而言，粗晶區(qū)的韌性損失約為2030，臨界粗晶區(qū)的韌性損失甚至可達(dá)60。9ni鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度vts隨焊接接頭(540時(shí))的冷卻速度wc的增大而下降。由此可見(jiàn)，采用enicrmo一6鎳合金焊條焊接9ni鋼時(shí)，焊接接頭的低溫韌性主要取決于焊接熱輸入和冷卻速度。1.8 焊接殘余應(yīng)力的概念及殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因焊接構(gòu)件由焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱之為焊接應(yīng)力，按作用時(shí)間可分為焊接瞬時(shí)應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。焊接過(guò)程中，某一瞬時(shí)的

39、焊接應(yīng)力稱之為焊接瞬時(shí)應(yīng)力，它隨時(shí)間而變化；焊后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力稱之為焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力為熱應(yīng)力(主要為冷卻應(yīng)力)，相變應(yīng)力可再疊加其上。在冷焊、擴(kuò)散焊、滾軋敷層和爆炸敷層等情況下，冷加工作用力是殘余應(yīng)力的源泉，它可單獨(dú)作用，也可能附加于上述熱效應(yīng)之上。在焊接過(guò)程中，焊接區(qū)以遠(yuǎn)高于周圍區(qū)域的速度被急劇加熱，并局部熔化。焊接區(qū)材料受熱而膨脹，熱膨脹受到周圍較冷區(qū)域的約束，并造成(彈性)熱應(yīng)力，受熱區(qū)溫度升高后屈服極限下降，熱應(yīng)力可部分超過(guò)該屈服極限。結(jié)果焊接區(qū)形成了塑性的熱壓縮，冷卻后，比周圍區(qū)域相對(duì)縮短、變窄或減小。因此，這個(gè)區(qū)域呈現(xiàn)拉伸殘余應(yīng)力，周圍區(qū)域則承受壓縮殘余應(yīng)力。冷卻

40、過(guò)程中的顯微組織轉(zhuǎn)變會(huì)引起體積的變化，如果這種情況發(fā)生在較低的溫度，而此時(shí)材料的屈服極限足夠高，則會(huì)導(dǎo)致焊接區(qū)產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，周圍區(qū)域承受拉伸殘余應(yīng)力?？梢赃\(yùn)用以下的經(jīng)驗(yàn)法則判別產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力的情況：構(gòu)件最后冷卻的區(qū)域以熱應(yīng)力為主時(shí)，呈現(xiàn)焊接拉伸應(yīng)力，而以相變應(yīng)為主時(shí)，呈現(xiàn)焊接壓應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因是由焊接過(guò)程中不均勻加熱所引起的。焊接應(yīng)力按其發(fā)生源來(lái)區(qū)分，有如下3種情況：(1)直接應(yīng)力這是進(jìn)行不均勻加熱和冷卻的結(jié)果，它取決于加熱和冷卻時(shí)的溫度梯度，是形成焊接殘余應(yīng)力的主要原因。(2)間接應(yīng)力這是由焊前加工狀況所造成的壓力。構(gòu)件若經(jīng)歷過(guò)軋制或拉拔時(shí)，都會(huì)使之具有此類殘余應(yīng)力。這

41、種殘余應(yīng)力在某種場(chǎng)合下會(huì)疊加到焊接殘余應(yīng)力上去，而在焊后的變形過(guò)程中，往往也具有附加性的影響。另外，焊件受外界約束產(chǎn)生的附加應(yīng)力也屬于此類應(yīng)力。(3)組織應(yīng)力這是由組織變化而產(chǎn)生的應(yīng)力，也就是相交造成的比容變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。它雖然因含碳量和材料其它成分不同而有異，但一般情況下，這種影響必須要加以考慮的是，發(fā)生相變的溫度和平均冷卻速度。焊接殘余應(yīng)力一般主要是由(1)情況的直接應(yīng)力所造成的。在此有必要把這種溫度梯度所造成的影響作更進(jìn)一步的探討。在加熱過(guò)程中，一般在物體內(nèi)，如果其各部分呈不均勻的溫度狀態(tài)時(shí)，各部分的熱膨脹數(shù)量就不同，由于彼此之間相互制約就產(chǎn)生熱應(yīng)力。假定這種熱應(yīng)力超過(guò)了材料此時(shí)溫度下

42、的屈服應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形；塑性變形的發(fā)生，又使熱應(yīng)力的狀態(tài)發(fā)生變化。在冷卻過(guò)程中，如果各部分溫度降低的不一樣，熱應(yīng)力也會(huì)發(fā)生。從加熱開(kāi)始到冷卻終了，焊接殘余應(yīng)力是作為熱應(yīng)力的最終狀態(tài)而出現(xiàn)的，能給予這種殘余應(yīng)力以決定性影響的是各部分的溫度梯度。1.9 研究?jī)?nèi)容隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，各種液化石油氣、液氨、液氫、液氮等的生產(chǎn)、貯存輸送以及海洋工程、寒冷地區(qū)的開(kāi)發(fā)，都對(duì)低溫用鋼提出了越來(lái)越高的要求。特別是目前液化天然氣以其高效、環(huán)保的特征，正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。而國(guó)內(nèi)對(duì)低溫工程用鋼的焊接目前處于初級(jí)階段，還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，隨著低溫工程用鋼的大量使用，低溫鋼的焊接工藝必須進(jìn)行重新評(píng)定和制

43、定。低溫用鋼的焊接工藝研究和技術(shù)人員的培訓(xùn)成為低溫容器施工單位迫切需要解決的一個(gè)重大課題。無(wú)論誰(shuí)站在低溫容器工程施工的制高點(diǎn)，就擁有了低溫容器工程施工的市場(chǎng)。本論文旨在通過(guò)焊接熱模擬技術(shù)和電子顯微分析技術(shù)，研究9ni鋼熱影響區(qū)在焊接熱模擬過(guò)程的脆化行為，揭示微觀組織和宏觀力學(xué)性能(低溫韌性、強(qiáng)度等)之間的關(guān)系及變化規(guī)律，從而為9ni鋼的焊接工藝參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)，指導(dǎo)9ni鋼的焊接生產(chǎn)，在理論和學(xué)術(shù)上完成對(duì)低溫用鋼的系統(tǒng)的研究和認(rèn)識(shí)，對(duì)我們投入我國(guó)及世界范圍內(nèi)的低溫條件下設(shè)備的施工具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)作用。本論文的主要研究?jī)?nèi)容為：1.采用ansys有限元模擬分析焊接熱影響區(qū)溫度場(chǎng)和應(yīng)力

44、場(chǎng)變化.2. 研究9ni鋼手工電弧焊,埋弧自動(dòng)焊的焊接工藝參數(shù).3. 分析研究手工電弧焊,埋弧自動(dòng)焊,所得試件的力學(xué)性能.4. 對(duì)9ni鋼焊接接頭做金相試驗(yàn)，觀察金相組.2. 國(guó)內(nèi)9ni鋼的焊接工藝研究2.1 9ni鋼焊接工藝研究的目的和意義隨著中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，由太鋼自卡研制開(kāi)發(fā)的06ni9材料和太鋼制定的低溫壓力容器用06ni9鋼合金鋼板技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)順利通過(guò)國(guó)家鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)專家組的鑒定審查，標(biāo)志著太鋼成為中國(guó)首家掌握06ni9牛產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)，這將對(duì)中國(guó)石油天然氣行業(yè)的快速發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。太鋼對(duì)該材料的開(kāi)發(fā)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，打破了lng儲(chǔ)罐用鋼長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面。目前世

45、界常用lng低溫儲(chǔ)罐用鋼為9ni鋼，而中國(guó)建造的lng低溫儲(chǔ)罐用鋼也是依靠國(guó)外進(jìn)口?，F(xiàn)在中國(guó)可以牛產(chǎn)06ni9無(wú)疑為中國(guó)lng產(chǎn)業(yè)是一次巨大的推動(dòng)，但是由于06ni9還未應(yīng)用到lng儲(chǔ)罐建設(shè)當(dāng)中，在這樣的機(jī)遇下，研究06ni9鋼焊接工藝，是符合中國(guó)lng產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的，也更加堅(jiān)定中國(guó)是有能力利用06ni9建造lng儲(chǔ)罐的，中國(guó)也可以掌握l(shuí)ng儲(chǔ)罐的建造技術(shù)。2.2 國(guó)產(chǎn)9ni鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能本項(xiàng)目用06ni9鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表21，機(jī)械性能見(jiàn)表22。表2-1 06ni9鋼的化學(xué)成分(單位：wt)表2-2 06ni9鋼室溫拉伸性能和低溫沖擊性能2.3焊接材料選擇和焊接試件加工焊接材料的選擇：若

46、采用與06ni9成分相近的焊接材料，焊后不經(jīng)熱處理，焊縫的低溫韌性要低于母材，所以這種焊接材料很少應(yīng)用；根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以選用含鎳量較高的奧氏體型的鎳基合金焊條，采用高鎳焊接材料時(shí)，焊縫組織均為奧氏體。這種組織的焊縫強(qiáng)度也略低于母材，且可以保證焊縫的低溫韌性。目前l(fā)ng工程用06ni9鋼焊接材料在國(guó)內(nèi)尚處于前期研制開(kāi)發(fā)階段，因此現(xiàn)階段焊接材料的選用只能依賴于國(guó)際市場(chǎng)。本次試驗(yàn)選購(gòu)了special metals公司的焊接材料，手工焊工藝的aws a514m enicrmo-3焊條、埋弧自動(dòng)焊工藝的aws a514ernicrmo-4為美國(guó)special metals的c276焊絲，與之匹配的焊劑

47、采用incoflux 9. 焊接材料的牌號(hào)和化學(xué)成分見(jiàn)表2-3。焊接接頭型式及其參數(shù)見(jiàn)表2-4。表2-3 焊接材料的化學(xué)成分(單位：wt)焊接試件采用機(jī)加工，坡口型式及尺寸如表2-4所示：表2-4 06ni9焊接接頭形式及其參數(shù)2.4 焊接工藝研究本項(xiàng)目采用埋弧自動(dòng)焊、手工電弧焊兩種焊接工藝，這些工藝適用于液化天然氣儲(chǔ)罐用國(guó)產(chǎn)9ni鋼的焊接。焊接工藝涵蓋范圍：建設(shè)一個(gè)典型的全包容液化天然氣儲(chǔ)罐的所有焊接。手工電弧焊主要用于儲(chǔ)罐的立焊、橫焊和角焊縫位置的焊接以及埋弧自動(dòng)焊環(huán)焊縫的返修，其中手工電弧焊也用于罐底焊接；埋弧自動(dòng)焊要用于儲(chǔ)主罐的環(huán)焊縫的焊接。2.4.1 手工電弧焊焊接工藝焊前準(zhǔn)備1根據(jù)

48、施焊結(jié)構(gòu)鋼材的強(qiáng)度等級(jí)，各種接頭形式選擇焊材牌號(hào)和合適焊條直徑：(焊條牌號(hào)：enicrmo-3直徑32、40)2當(dāng)施工環(huán)境溫度低于0，預(yù)熱溫度為20；3工件厚度9 mm、14mm對(duì)接焊時(shí)，為確保焊縫強(qiáng)度，在板材的對(duì)接邊沿開(kāi)切v形，22mm對(duì)接焊時(shí)，在板材的對(duì)接邊沿開(kāi)切x形坡口，角度0【為60。，鈍邊p=0l mm，裝配問(wèn)隙b=03mm，22mm試板背面坡口深度h=10mm，對(duì)接接頭形式如圖2.5。圖2.5手工電弧焊對(duì)接接頭尺寸示意圖4焊條烘焙：焊條焊前烘焙1502h保溫2小時(shí)；5焊前接頭清潔要求，在坡口或焊接處兩側(cè)30 mm范圍內(nèi)影響焊縫質(zhì)量的毛刺、油污、水、鐵銹等臟物及氧化皮，必須清除干凈；

49、6在板縫兩端如余量小于50 mm時(shí)，焊前兩端應(yīng)加引弧、熄弧板，其規(guī)格不小于5050mm；7在焊接前要留有足夠的預(yù)變形量：9mm試板預(yù)變形量。810mm：14mm試板預(yù)變形量lo13mm：22mm試板反預(yù)變形。焊接規(guī)范1應(yīng)根據(jù)板厚選擇焊條直徑，確定焊接電流，如表2-6：表2-6 06ni9手工電弧焊焊條、電流一覽表2為使對(duì)接焊縫焊透，其底層焊接應(yīng)選用比其他層焊接的焊條直徑較??；3厚件焊接，應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度，各層焊縫不宜過(guò)寬，應(yīng)考慮多道多層焊接，層問(wèn)溫度控制在室溫；4對(duì)接焊縫正面焊接后，反面使用碳?xì)馀倩蛴蒙拜啓C(jī)扣槽，并進(jìn)行封底焊接。操作要點(diǎn)1焊接重要結(jié)構(gòu)時(shí)，焊條必須200l小時(shí)烘干，一次領(lǐng)用不超

50、過(guò)4小時(shí)用量，并裝在保溫筒內(nèi)，其他焊條也應(yīng)放在焊條箱妥善保管；2根據(jù)焊條的直徑和型號(hào)、焊接位置等調(diào)試焊接電流和選擇極性；3在保證接頭不致爆裂的前提下，根部焊道應(yīng)可能薄;4多層焊接時(shí)，下一層焊開(kāi)始前應(yīng)將上層焊縫的藥皮、飛濺等清除干凈，多層焊每層焊縫厚度不超過(guò)34mm： 5焊接采用直流反接，清理焊渣時(shí)，采用砂輪機(jī)和不銹鋼鋼絲刷；6焊接設(shè)備采用熊谷焊機(jī)，型號(hào)為wss-400。焊縫質(zhì)量要求1.焊縫質(zhì)量要求為：100pt i級(jí)合格，l00rt ii級(jí)合格；2.外表焊縫檢查：所有結(jié)構(gòu)焊縫全部進(jìn)行檢查，其焊縫外表質(zhì)量要求：焊縫直線度：任何部位在s100mm內(nèi)直線度應(yīng)s2mm；焊縫過(guò)渡光順：不能突變6mm，d

51、so3mm，局部d0.5mm(d為咬邊深度)；焊縫不允許低于工件表面及裂縫，未熔合為缺陷存在；多道焊縫表面堆疊相交處下凹深度應(yīng)曼lmm；全部焊接缺陷允許進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后應(yīng)打磨光順；手工電弧焊焊接工藝參數(shù)手工電弧焊焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表2-7,2-8,2-9表2-7 069ni鋼手工電弧焊焊接工藝參數(shù)表2-8 069ni鋼手工電弧焊焊接工藝參數(shù)表2-9 069ni鋼手工電弧焊焊接工藝參數(shù)2.4.2 埋弧自動(dòng)焊焊接工藝焊前準(zhǔn)備1所焊產(chǎn)品的鋼種及板材厚度按工藝要求選擇焊絲牌號(hào)，焊絲直徑及焊劑牌號(hào)，選用焊接規(guī)范；2檢查埋弧自動(dòng)焊機(jī)是否完好，電流表、電壓表的正確性；3檢查焊縫兩端的引弧板及滅弧板，其規(guī)格尺寸為

52、8080(mm)厚度母材；4焊件邊緣加工和裝配要求高，焊件邊緣必須打磨清潔干凈至光潔金屬為止(距焊件邊緣20mm處)，用砂輪機(jī)進(jìn)性打磨；5焊件邊緣加工必須平直，裝配問(wèn)隙均勻一致，高低平整，裝配間隙imm，兩板高低差05mm；6工件厚度14mm、22mm對(duì)接焊時(shí)，為確保焊縫強(qiáng)度，在板材的對(duì)接邊沿開(kāi)切k形，角度of為45。，鈍邊p=01 mm，裝配間隙b=03mm，見(jiàn)圖2.8。圖2.10埋弧自動(dòng)焊對(duì)接接頭尺寸示意圖焊絲與焊劑選用1根據(jù)06ni9進(jìn)行選用焊絲與焊劑，見(jiàn)表2-11。表2-11 06ni9埋弧自動(dòng)焊相關(guān)焊接相關(guān)參數(shù)2.焊絲直徑選擇牌號(hào)ernicrmo-4直徑中i 6；3.焊絲井表不得有油

53、、銹存在，且應(yīng)在干燥室存放；4.焊劑牌號(hào)為ncoflux 9，使用前必須進(jìn)行供焙1502002h后使用，使用剩余焊劑應(yīng)重新烘焙;5.焊接電源采用直流正接;6.焊接設(shè)備：auto埋弧自動(dòng)焊機(jī)，型號(hào)為hdcl500dx。焊縫質(zhì)量要求l.焊縫質(zhì)量要求；100pti級(jí)合格，100rtii級(jí)合格。2.外表焊縫檢查：所有結(jié)構(gòu)焊縫全都進(jìn)行檢查，其焊縫外表質(zhì)量要求：焊縫直線度：任何部位在100mm內(nèi)直線度應(yīng)2mm；焊縫過(guò)渡光順：不能突變6mm，d0.3mm，局部d5mm，(d為咬邊據(jù)度)：焊縫不允許低于工件表面技裂縫，未熔合為缺陷存在；多道焊縫表面堆疊相交姓下凹深度應(yīng)1mm；全部焊接缺陷允許進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后應(yīng)

54、打磨光順。埋弧自動(dòng)焊焊接工藝參數(shù)1.正面焊完后，反面進(jìn)行焊接前用氣刨或砂輪機(jī)扣槽。2.焊接規(guī)范參數(shù)見(jiàn)表2-12,2-13。表2-12 06ni9埋弧自動(dòng)焊焊接參數(shù)備注：焊接層間溫度控制在室溫；*表示同一道焊縫的排焊數(shù)。表2-13 06ni9埋弧自動(dòng)焊焊接參數(shù)備注：焊接層間溫度控制在室溫；*表示同一道焊縫的排焊數(shù)。3起弧時(shí)應(yīng)觀察電流，電壓值穩(wěn)定在預(yù)給規(guī)范時(shí)，并合上小車離合器，開(kāi)始正常焊接。4焊接過(guò)程注意焊接電流及電壓變化，指針與焊縫對(duì)中變化時(shí)不斷調(diào)整。5導(dǎo)電嘴磨損出現(xiàn)規(guī)范不穩(wěn)定時(shí)應(yīng)更換導(dǎo)電嘴。6多層焊接時(shí)，每焊完一道后，應(yīng)將焊渣清除干凈，認(rèn)真檢查焊縫，質(zhì)量發(fā)牛問(wèn)題即時(shí)處理，直到確認(rèn)焊縫表面質(zhì)量合

55、格后，在進(jìn)行下一道焊縫實(shí)施焊。7施焊過(guò)程焊劑必須全部覆蓋焊縫保護(hù)，如覆蓋不良會(huì)出現(xiàn)各種焊接缺陷。8焊接過(guò)程不應(yīng)中斷，如因故中斷后，應(yīng)在弧坑處用氣刨或砂輪機(jī)扣去100mm后再引弧焊接。2.5 9ni鋼焊接接頭低溫沖擊試驗(yàn)低溫沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)母材金屬、熱影響區(qū)以及焊接金屬的夏比v型缺口沖擊試驗(yàn)數(shù)值應(yīng)符合相關(guān)要求。規(guī)定數(shù)值應(yīng)為三個(gè)試件的最小平均值，允許其中一個(gè)數(shù)值小于規(guī)定數(shù)值，但不得小于規(guī)定數(shù)值的70。對(duì)于厚度小于l1mm的材料，試件可根據(jù)實(shí)際情況盡可能選用最大規(guī)格的試樣。小規(guī)格試樣的最小夏比v型缺口沖擊試驗(yàn)數(shù)值應(yīng)與全尺寸試件的規(guī)定值成正比。本項(xiàng)目夏比沖擊試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)enl0028-4和en875標(biāo)準(zhǔn)來(lái)

56、實(shí)施。如果使用鎳基焊接金屬，則焊接金屬和熱影響區(qū)的沖擊韌性能量應(yīng)為55j。沖擊值是指10x 10x55 mm的全尺寸試樣。對(duì)焊接工藝評(píng)定試板而言，如果無(wú)法制備全尺寸沖擊試樣，則采用75或50mm的小尺寸試樣，其沖擊功應(yīng)按比例縮減。完成焊接工藝批準(zhǔn)記錄以及焊接產(chǎn)品時(shí)都要求對(duì)焊縫金屬和熱影響區(qū)(haz)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，并應(yīng)符合下列要求：要求一套試樣取自焊縫金屬，另一套試樣取自熱影響區(qū)。每套試樣應(yīng)由三個(gè)試件組成。低溫沖擊試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)尺寸沖擊試樣長(zhǎng)度為55毫米，橫截面為10mmx 10mm方形截面。在試樣長(zhǎng)度中間有v型缺口，如試料不夠制備標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣，可使用寬度75mm、5mm小尺寸試樣。試件規(guī)格：10x10x55mm，5x10x55mm試樣具體加工尺寸和表面精度要求如圖2.14所示。試樣樣坯的切取應(yīng)按相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或gbt2975的規(guī)定執(zhí)行，試樣制備過(guò)程應(yīng)使由于過(guò)熱或冷加工硬化而改變材料沖擊性能的影響減至最小。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)按gbt 3808或jjg 145進(jìn)行安裝及檢驗(yàn)。本次低溫沖擊試驗(yàn)設(shè)備號(hào)為ciem-30d-cpc，試驗(yàn)溫度一196。下圖為夏比v型缺口沖擊試樣加工圖。圖2.14 夏比v型缺口沖擊試