寶鋼開裂球罐的焊接修復(fù)_一_球罐用鋼的焊接性及焊接試驗(yàn)

1、 檢 驗(yàn) 與 修 復(fù) 寶鋼開裂球罐的焊接修復(fù)(一)— — — 球罐用鋼的焊接性及焊接試驗(yàn)陶元宏1 ,李平瑾1 ,徐佩珠1 ,包朝亮2 ,曲金光2 ,廖禮寶3(11 合肥通用機(jī)械研究院 ,安徽 合肥 230031 ;21 上海寶冶工程技術(shù)公司 ,上海 200941 ;31 寶山鋼鐵股份有限公司寶鋼分公司 ,上海 200940)摘 要 :圍繞寶鋼開裂 4 # 氧氣球罐的焊接返修 ,論及 15MnVNR 鋼

2、材的焊接性分析、 焊接試驗(yàn)以及為焊接返修所進(jìn)行的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。最終完成了 4 # 氧氣球罐的焊接修復(fù) ,并按期投運(yùn)。經(jīng)運(yùn)行考驗(yàn) ,使用情況良好。關(guān)鍵詞 :15MnVNR 鋼制球罐 ;開裂 ;焊接修復(fù)中圖分類號(hào) :T Q05312 ;T Q05017 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1001 - 4837(2006) 07 - 0053 - 04Weld Repair of the Crack in the Oxygen S

3、pherical T ank of BAOSTEEL( 1)— — — Weld Performance and Weld Test of the Steel Used in Spherical T anksTAO Yuan - hong1 ,LI Ping - Jin1 , XU Pei - zhu1 ,BAO Chao - liang2 , QU Jin - guang2 ,LIAO Li - bao3(11Hefei G ener

4、al Machinery Research Institute ,Hefei 230031 ,China ;21Shanghai Baoye Engineering Technol2ogy C ompany ,Shanghai 200941 ,China ;31Baoshan Iron crack ;weld repair氧氣球罐在冶金企業(yè)應(yīng)用非常普遍。由于氧氣球罐的設(shè)計(jì)壓力較高 ,其安全狀況至關(guān)重要。寶鋼一期工程中的 6 臺(tái)氧氣球罐

5、(400 m3) 和 2 臺(tái)氮?dú)馇蚬?2300 m3) 是 1982～1984 年采用 15MnVNR 鋼制造的 ,至今已使用 20 多年。由于歷史原因 ,球罐建造時(shí)焊接質(zhì)量控制不嚴(yán) ,加上按當(dāng)時(shí)的 1981 年 5 月 《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》 ,貯存氧、 氮的球罐為 Ⅱ 類容器 ,無損檢測(cè)的要求比較寬松 ,例如 :射線檢測(cè)抽查 20 % (符合 JB928 —67 , Ⅲ 級(jí)為合格) 。首次開罐擴(kuò)大比例檢驗(yàn)時(shí) ,就發(fā)現(xiàn)焊縫中存在大量

6、的超標(biāo)埋藏缺陷 (大多為氣孔和夾渣) ,當(dāng)時(shí)對(duì)不能通過安全評(píng)定的少量焊縫作了返修 ,并對(duì)保留的埋藏缺陷在隨后的定期檢測(cè)中跟蹤。雖絕大多數(shù)缺陷未見擴(kuò)展 ,但考慮到尖銳的條狀?yuàn)A渣有可能擴(kuò)展或?yàn)橄砻嫒毕荽蚰バ纬傻陌伎犹钜残枰扪a(bǔ)。為此 ,有關(guān)單位會(huì)同合肥通用機(jī)械研究院對(duì)運(yùn)行多年的球罐進(jìn)行焊接返修可行性的研究。2004 年 4 月對(duì) 4 # 氧氣球罐 (已存在深度為 5mm 和 612 mm 的長條凹坑) 開罐檢驗(yàn)時(shí) ,發(fā)現(xiàn)一條夾渣尾部有

7、裂紋。本文圍繞開裂 4 # 氧氣球罐的焊接返修 ,論及 15MnVNR 的焊接性分析、 焊接試驗(yàn)以· 3 5 ·© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net驗(yàn)的臨界應(yīng)力 σ cr僅為 7218 % σ S ;預(yù)熱 150 ℃ 時(shí) ,σ cr

8、超過鋼材的屈服強(qiáng)度 ;當(dāng)預(yù)熱 175 ℃ 時(shí) , σ cr已接近鋼材的抗拉強(qiáng)度。一般認(rèn)為 :臨界應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度就不會(huì)出現(xiàn)裂紋 ,也就是說 ,焊接 15MnVNR ,經(jīng) 150 ℃ 的預(yù)熱就可避免冷裂紋。312 再熱裂紋敏感性試驗(yàn)[4]再熱裂紋的產(chǎn)生既然是由于應(yīng)力松弛期間的應(yīng)變超過焊縫 HAZ 粗晶區(qū)域的蠕變塑性 ,因此 ,人們總是設(shè)法反映焊接接頭粗晶區(qū)在應(yīng)力松弛溫度范圍內(nèi)的塑性或蠕變能力 ,以尋求不產(chǎn)生再熱裂紋的熱處理規(guī)范。

9、(1) 斜 Y坡口再熱裂紋試驗(yàn)對(duì)正 火 ( 厚 30 mm) 和 調(diào) 質(zhì) ( 厚 50 mm) 的15MnVNR ,采用斜 Y 坡口試樣 ,以 17 kJ/ cm 的線能量進(jìn)行焊接 ,在確認(rèn)不產(chǎn)生冷裂紋后 ,進(jìn)行 SR 處理。由表 6 可見 :經(jīng) 170 ℃ 以上的預(yù)熱 ,鋼材既不會(huì)出現(xiàn)冷裂紋 ,也不會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋。表 6 斜 Y坡口再熱裂紋試驗(yàn)結(jié)果板厚 (mm) 熱處理狀態(tài) 預(yù)熱溫度( ℃ )SR 規(guī)范 ( ℃× h)

10、試驗(yàn)結(jié)果30 正火170 170 170未處理 600 × 2600 × 6不裂50 調(diào)質(zhì) 175 200 600 × 215 不裂(2) 插銷再熱裂紋試驗(yàn)在不同 SR 溫度下 ,對(duì)試驗(yàn)用鋼施加初應(yīng)力 (按J1D1Murray 的推薦 :σ T = 018 σ S EH/ ERT式中 EH — — — 試驗(yàn)溫度時(shí)的彈性模量ERT — — — 室溫時(shí)的彈性模量高溫保持過程中 ,由于發(fā)生蠕變使插銷上的應(yīng)力逐漸

11、下降直至斷裂 ,從而檢測(cè)出不同的斷裂時(shí)間 ,得到 “溫度 - 時(shí)間” 曲線。通過系列試驗(yàn)測(cè)出鋼材的“C” 曲線(見圖 1) ,即可找出產(chǎn)生再熱裂紋的敏感溫度和最短斷裂時(shí)間。圖 1 列出三種鋼材的試驗(yàn)結(jié)果 ,其最短斷裂時(shí)間 :14MnM oNbB 為 25 s、 BHW38 為860 s、 15MnVNCu 不發(fā)生斷裂 ,可見 15MnVNCu 沒有再熱裂紋傾向。(3) 不銹鋼套筒再熱裂紋試驗(yàn)不銹鋼套筒試驗(yàn)的裝置是 :試樣固定在兩個(gè)拉桿

12、(Cr13 鐵素體不銹鋼) 之間 ,外面有套管 (奧氏體不銹鋼) ,拉桿與套管通過端蓋固定。加熱時(shí) ,利用拉桿與套管線膨脹系數(shù)的差異 ,使試樣承受應(yīng)力和應(yīng)變。隨著應(yīng)力松弛溫度的提高或套筒加長 ,應(yīng)變量相應(yīng)增加 ,直至試樣斷裂。圖 1 三種鋼材的插銷應(yīng)力松弛試驗(yàn) “C” 曲線分別采用長度為 200 ,300 ,400 ,500 ,600 mm 的套筒對(duì) 8 種鋼進(jìn)行了試驗(yàn) (見圖 2) ,結(jié)果表明 :唯有15MnVNCu(正火) 和

13、15MnVN(調(diào)質(zhì)) 通過了 200～600mm 的不銹鋼套筒 ,這說明 15MnVN 鋼沒有再熱裂紋傾向 ,而其他鋼材均有不同程度的再熱裂紋敏感性。圖 2 八種鋼材的不銹鋼套筒試驗(yàn)結(jié)果4 鋼材的焊接試驗(yàn)411 鋼材的焊接性分析15MnVNR 鋼的焊接 HAZ 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(HS - CCT) 表明 :此鋼有淬硬傾向 ,當(dāng)冷卻速度較快時(shí) ,HAZ出現(xiàn)較多的硬化組織 (馬氏體、 側(cè)板條貝氏體) ;當(dāng)冷卻速度太慢時(shí) ,HAZ

14、 出現(xiàn)較多的先共析鐵素體或晶界鐵素體。只有冷卻速度適當(dāng)才可獲得較多的針狀鐵素體。細(xì)針狀鐵素體和粒狀貝氏體的混合組織有效阻礙裂紋傳播 ,有利于韌性提高 ;而較多的馬氏體、 側(cè)板條貝氏體或粗大的先共析鐵素體 ,易使解理裂紋直線擴(kuò)展。412 手工焊[2 ,3]采用 ? 4 mm 的 J557、 J507 進(jìn)行手工焊 ,由表 7可看出 :焊后熱處理 (SR) 與焊態(tài)相比 ,焊接接頭的強(qiáng)度和沖擊功有所降低。30 mm 厚正火鋼板 ,σ b 降