1、 前言

低温钢重要用于低温之下工作的压力容器、管道等，工作温度经常于-20℃下列。低温钢重要分绝不含Ni以及含Ni两大类，对于低温钢的主要性能要求是保证于使用温度之下具有足够的韧性以及抵抗脆怀破坏的能力。低温用钢一般是合金元素的固溶强化、晶粒细化，并且透过正火或是正在火加回火（调质处理）处理细化晶粒、皆匀组织，因而获得良好的低温韧性。

低温钢之中的Ni、Mn等元素可抑制脆性转变温度的提高，作为有利元素，因而C、P、S、Si、O等亦会提高脆性转变温度，作为有害元素，其中C、P的影响最为显著。低温钢于回火时，沿晶会有碳化物析出分布，回火温度高会使碳化物长大因而影响低温冲击韧性。

公司近期承接了为数不少的低温压力容器设备的制造任务，其中甲醇洗涤塔是国内目前采用09MnNiDR材料制造的容积最为大的低温压力容器设备，名义使用温度为-70℃。还有采用ASME规范材料SA203-D（名义使用温度为-101℃）制造的一些塔设备。

2、 材料

设备使用板材的化学成分

焊材的力学性能

3、 焊接工艺评定

作为保证设备于今后生产过程之中能安全有效的于低温工况之下使用，对于低温钢材料做了不同条件与焊接方法的焊接工艺评定试验。

低温钢透过调质处理之后具有非常细的晶粒度，焊接接头区域一样亦需要有细的晶料度，以此保证良好的低温韧性。影响低温钢焊接接头力学性能，特别是低温冲击韧性的工艺因素，重要是焊接线能量。

线能量的公式：

E=ηI U/v

E——焊接线能量(KJ/cm)

I——焊接电流(A)

U——电弧电压(V)

v——焊接速度(cm/s)

η——电弧有效功率系数：埋弧焊取0.85，焊条电弧焊取0.8

从此公式可看出：焊接电流、电弧电压增大，焊接速度减少会使焊接线能量增大。焊接线能量增大，焊缝冷反而凝固缓慢，使焊缝的厚度、宽度增加。焊缝组织变得细大，焊缝晶粒栋会出现连续的碳化物析出分布，使低温冲击韧性显著降低。除此之外新焊道对于之上一层焊缝有回火作用，正常的线能量的回火作用会使焊缝的性能提高，因而大的线能量会造成回火温度高，会降低低温冲击韧性指标。相关资料介绍，对低温钢的焊接，采用焊条电弧焊时线能量最为大不易超过20KJ/cm，埋弧焊时线能量最为大不易超过25KJ/cm。

自超过分析可以看出：低温钢焊接时控制线能量的大小是最为关键的。采用小线能量、多层多道焊，比较低的层间温度有利于焊缝形成细化的晶粒组织，透过焊道栋的回火作用使焊缝具有比较好的低温冲击韧性。

据此，我们编制了焊接工艺指导书，采用多层多道焊焊接工艺评定试板。埋弧焊比较焊条电弧焊有比较高的焊接效率，不过单层焊缝厚度比较大，会弱化焊道栋的回火作用。作为此，我们于制定方案时决定厚度于16mm超过的对接焊缝采用埋弧焊，16mm下列的采用焊条电弧焊。焊接工艺评定试板历经消应力热处理之后，对于试板取试样进行了力学性能试验，取得了比较理想的数据，说明制定的焊接工艺规范参数可以满足焊接要求。各项数据见之下表：

焊接工艺评定规范参数:

4、焊接生产

根据焊接工艺评定试验的结果编制了焊接工艺规程，并且于工程施工后对于相关车间、处室进行了工艺贯彻，讲解了低温钢焊接时应注意的事项，并且对于车间焊工进行了培训、考试，取得了相应的资格证。

于施工过程之中，车间与检查部门均比较重视，基本能依照工艺要求去做。不过也存在着一些问题，特别是产品试板力学性能指标出现绝不合格的现象，影响了工期的顺利进行。

出现这些问题的原因重要体现于以下几点：

⑴思想认识绝不到位，没有将低温钢和其它材料严格区分开来，头脑之中存在着如果无损检测没有问题便算合格的意识。无损检测仅是一种手段来判定于焊接接头外部是否存在有缺陷，因而绝不能当做能否满足力学性能要求的依据，只对于产品试板的焊接接头进行破坏性试验便是最后检验焊接接头是否合格的依据，。

⑵绝不能完全贯彻工艺，焊接工艺之上的每一个参数均是依据合格的焊接工艺评定数据因而来的，绝不是工艺人员凭空杜撰出来的。假如偏离了这些规范参数，便会使焊缝的性能出现偏差。线能量变大，使焊接接头力学性能变差。于一次处理问题时，发现现场焊接电流偏西大，焊接速度缓慢，和焊接工艺之中制定的规范参数有比较大偏离，进而导致线能量增大，对于日后设备的使用可能造成隐患。根据这种情况，决定把此焊缝清除掉，依照焊接工艺规范参数重焊。

采用比较小的线能量所得到的焊缝薄因而窄，因而采用大线能量焊接出的焊缝宽因而厚，晶粒细大，性能变差。以此埋弧焊为例进行实测，焊接电流、电弧电压以及焊接速度对于焊缝尺寸的影响见之下表：

改由上表可以看出，跟随焊接电流、电弧电压的急速增大，焊缝宽度以及厚度亦会增加。如果焊缝宽度为35㎜时，焊接电流、电弧电压范围已经远超出工艺的要求，线能量亦超出最为大允许值2倍超过。因而这种情况于平常的实际生产之中亦经常出现。对于焊缝断面抛光之后浸蚀，会显现出焊缝的宏观金相，可以明显地看出焊缝的层数。

⑶焊条、焊剂使用之上绝不能完全依照要求去做，一次领用甚多，绝不能于满4小时之后把剩余焊条或是焊剂退库再次烘干。这样做会使焊条药皮与焊剂吸潮使焊缝之中存在比较多的氢，使焊缝出现气孔以及裂纹的机率增大。

⑷产品试板出现绝不合格的情况。出现的原因是多种的，不过主要的原因仍然因为超规范引起的。于某一工程之中我们对09MnNiDR材料专按照大规范与正常规范焊接了产品焊接试板。

自上表可见，采用正常规范的焊接试板焊缝冲击功数值高，因而采用大规范焊接的产品试板冲击功便非常低，达绝不到合格指标。自硬度之上可以看出，两者之间没大的差别。说明硬度值不足以直观的反映出焊缝冲击韧性的好坏。

这里试点提出的是，焊接试板的力学性能代表了设备所具有的性能。试板力学性能绝不合格，代表着设备焊接接头绝不合格。补做试件或是再次调整设备热处理状态不仅耽误工期亦增加费用，而且使设备无法透过检验因而出厂，予企业带来损失。因此如何焊好试板便是整个设备制造之中最为重要的环节之一。

5、 结论

本文所示的数据与分析可以看出：低温钢焊接质量的好坏会直接影响到压力容器设备于低温工况之下的正常运行，于设备的焊接过程之中，每一个工序、每一个相关的工作人员均要严格把关，便能确保有良好的焊接质量。对于我公司愈来愈多的低温压力容器设备，对于焊接工作要最为重视。

必需做到以下几点：

1）最先自思想之上真正的重视，加强理论知识的学习，对于图纸、工艺要求充分理解。

2）实际操作中要严格执行工艺，尤其是要采用小的线能量，保证焊接接头具有好的力学性能。

3）其实重视产品焊接试板，确保力学性能试验一次通过。

4）正确使用焊材，绝不符合烘干规定的焊材不得使用。