通常把-10~-196℃的温度范围称为“低温”(我国从-40℃算起),低于-196℃时称为“超低温”。低温钢主要是为了适应能源、石油化工等产业部门的需要而迅速发展起来的一种专用钢。低温钢要求在低温工作条件下具有足够的强度、塑性和韧性,同时应具有良好的加工性能,主要用于制造-20~-253℃低温下工作的焊接结构,如贮存和运输各类液化气体的容器等。

低温钢的焊接

低温钢是怎样分类的?
按照合金元素含量和组织,低温钢可以分为以下几类:
(1)铝镇静C-Mn钢及低合金铁素体型低温钢
铝镇静C-Mn钢是用Si、Mn进行脱氧的同时加入铝进行强烈脱氧的优良钢种。低合金铁素体型低温钢是在铝镇静钢的基础上加入了总的质量分数不超过5%合金元素的低温钢,其中一类是加入了Nb、V、Ti、Al、Cu、RE等合金元素,组织为铁素体和极少量的珠光体,如06MnVTi、06MnVAl、09Mn2VRE、06MnNb钢等;另一类是加入了镍元素形成含镍的铁素体类低温钢,如0.5Ni、2.5Ni、3Ni、3.5Ni等。
(2)中合金低碳马氏体型低温钢
这类钢比较典型的是9Ni钢,具有很高的低温韧性,能用于-196℃。在9Ni钢的基础上研制出的5Ni钢在-162~-196℃的低温下具有良好的低温韧性。
(3)高合金奥氏体型低温钢
这类钢有Ni- Cr奥氏体低温钢(如1Cr18Ni9Ti)和无Ni、Cr奥氏体低温钢(如20Mn23Al)。

制定低温钢焊接工艺的根本出发点是在防止出现裂纹的同时,要保证焊缝和过热区具有低温韧性。低温钢的焊接工艺要点如下:

1、 焊接方法及热输入的选择 
常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧自动焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊。 
低合金低温用钢焊接时,为避免焊缝金属及近缝区形成粗大组织而尽量不摆动,采用窄焊道、多道多层焊,焊接电流不宜过大,宜用快速多道焊以减轻焊道过热,并通过多层焊的重热作用细化晶粒。多道焊时,要控制道间温度,应采用小的热输入施焊,控制在20KJ/cm以下。如果需要预热,应严格控制预热温度及多层多道焊时的道间温度。 
焊接线能量也叫焊接热输入,是单位长度焊缝得到的焊接电弧热量。  
公式   E=U•I/v(焦耳/厘米) 其中U:电弧电压(伏特),I:焊接电流
(安培),v:焊接速度(厘米/分)。 
焊接线能量是影响焊接接机械头性能的重要因素。当焊接电流、电弧电压增大时,焊接线能量增大,当焊接速度减小时,焊接线能量增大。 
对于低温钢,焊接线能量过大,接头韧性的下降更为严重,使压力容器在低温状况下运行时易发生瞬间的破坏。 所以焊接时,要严格控制焊接电流、电弧电压、焊接速度,保证焊接接头的各项性能指标。
 2、低温钢的焊接特点及其工艺措施  
 低温钢由于含碳量低,其淬硬倾向和冷裂倾向小,具有良好的焊接性。但是过大的焊接线能量会使焊缝及热影响区形成粗晶组织而使低温韧性大为降低,结构的突变及制造中的强力组对会使结构的局部产生高的应力,从而增大设备在低温状态下的脆性破坏。 为此,在焊接过程中应做到以下几点:
 ⑴采用小的焊接线能量,最大限度的减少过热,防止在焊接接头上出现粗大的组织。焊条电弧焊常采用12-15KJ/cm,埋弧焊通常为20KJ/cm。为此焊条电弧焊尽量不用φ5焊条,埋弧自动焊多选用φ3.2焊丝,焊条电弧焊每层约2mm,埋弧自动焊约2.5mm。 
⑵采用直焊道,多道快速压焊。目的是为了减少过热和后一焊道对前一焊道有回火作用,使晶粒细化。 
⑶避免强力组对,使结构局部不产生应力集中现象。 
⑷尽可能降低焊道间的层间温度,避免焊道长时间处于高温状态,尽量做到不连续施焊。 
⑸通常选用超低氢焊条及焊剂,所以在焊前要严格按烘干制度进行烘干处理,领用的焊条超过4小时未用完,应返回二级库重新烘干再使用。另外对于低温钢焊条,使用前要按相关标准进行熔敷金属扩散氢复验,通常采用水银法,按GB/T3965-2012 执行,合标指标符合设计要求。 
⑹ 在冬季施工及厚度较大的结构,应适当进行预热,至少预热到15℃以上。对于大厚板焊接,预热温度一般为50℃,道间温度控制在50~150℃之间。 
(7)引弧须采用引弧板或在坡口内引弧,不得在非焊接部位引弧。 

(8)低温钢焊后消除应力热处理可以降低低合金钢焊接产品的脆断危险性。

常用低温钢焊接材料的选择 
16MnDR:  
J507GR,J507RH,——E5015-G 或 E5016-G H10Mn2 SJ101——F5P4-H10Mn2  09MnNiDR: 
W707Ni,W807Ni——E5515-N5 E7015-C1L, E7016-C1L F7P7-ENi2-Ni2
H07MnNDR SJ603W——F5P7-H07MnNiDR 08Ni3DR: 对于温度低于-100℃,一般选进口焊材 E7015-C2L,E7016-C2L F7P15-ENi3-Ni3 
SA-203 Gr.D 是ASME材料,要求-101℃冲击  E7016-C2L F7P15-ENi3-Ni3 
低温压力容器的焊接检验 
1、 固规要求:对于设计温度低于-40℃的低合金钢
制低温压力容器上的焊接接头要进行100%MT检测,按JB/T4730.4-2005 I级合格。 
2、 如设计执行HG20584,对于有超声检测要求的
低温钢材的焊接,坡口表面及清根后的坡口表面应进行100%MT检则,按JB/T4730.5-2005 I级合格。 
3、 低温下由缺陷引起的应力集中将增大结构低
温脆性破坡倾向。应注意避免弧坑、未熔透及焊缝成型不良等缺陷。通常用情况下,焊缝余高尽量减少,有时要求焊后磨平;角接接头应圆滑,不允许向外凸起,焊缝圆滑度差或成型不良者必须打磨;焊缝边缘不得存在咬边。 
4、 低温容器表面不得采用钢印标记。

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