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

1、 檢 驗 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、 焊接試驗以及為焊接返修所進行的焊接工藝評定試驗。最終完成了 4 # 氧氣球罐的焊接修復(fù) ,并按期投運。經(jīng)運行考驗 ,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 :T Q05312 ;T Q05017 文獻標(biāo)識碼 :A 文章編號 :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)計壓力較高 ,其安全狀況至關(guān)重要。寶鋼一期工程中的 6 臺氧氣球罐

5、(400 m3) 和 2 臺氮氣球罐(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 ,球罐建造時焊接質(zhì)量控制不嚴(yán) ,加上按當(dāng)時的 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 ,無損檢測的要求比較寬松 ,例如 :射線檢測抽查 20 % (符合 JB928 —67 , Ⅲ 級為合格) 。首次開罐擴大比例檢驗時 ,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)時對不能通過安全評定的少量焊縫作了返修 ,并對保留的埋藏缺陷在隨后的定期檢測中跟蹤。雖絕大多數(shù)缺陷未見擴展 ,但考慮到尖銳的條狀夾渣有可能擴展或為消除表面缺陷打磨形成的凹坑太深也需要修補。為此 ,有關(guān)單位會同合肥通用機械研究院對運行多年的球罐進行焊接返修可行性的研究。2004 年 4 月對 4 # 氧氣球罐 (已存在深度為 5mm 和 612 mm 的長條凹坑) 開罐檢驗時 ,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、 焊接試驗以· 3 5 ·© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net驗的臨界應(yīng)力 σ cr僅為 7218 % σ S ;預(yù)熱 150 ℃ 時 ,σ cr

8、超過鋼材的屈服強度 ;當(dāng)預(yù)熱 175 ℃ 時 , σ cr已接近鋼材的抗拉強度。一般認(rèn)為 :臨界應(yīng)力達到鋼材的屈服強度就不會出現(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[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坡口再熱裂紋試驗對正 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 的線能量進行焊接 ,在確認(rèn)不產(chǎn)生冷裂紋后 ,進行 SR 處理。由表 6 可見 :經(jīng) 170 ℃ 以上的預(yù)熱 ,鋼材既不會出現(xiàn)冷裂紋 ,也不會產(chǎn)生再熱裂紋。表 6 斜 Y坡口再熱裂紋試驗結(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) 插銷再熱裂紋試驗在不同 SR 溫度下 ,對試驗用鋼施加初應(yīng)力 (按J1D1Murray 的推薦 :σ T = 018 σ S EH/ ERT式中 EH — — — 試驗溫度時的彈性模量ERT — — — 室溫時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 ,從而檢測出不同的斷裂時間 ,得到 “溫度 - 時間” 曲線。通過系列試驗測出鋼材的“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間。圖 1 列出三種鋼材的試驗結(jié)果 ,其最短斷裂時間 :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不銹鋼套筒試驗的裝置是 :試樣固定在兩個拉桿

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 ,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 “C” 曲線分別采用長度為 200 ,300 ,400 ,500 ,600 mm 的套筒對 8 種鋼進行了試驗 (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結(jié)果4 鋼材的焊接試驗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 ,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 ,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展。412 手工焊[2 ,3]采用 ? 4 mm 的 J557、 J507 進行手工焊 ,由表 7可看出 :焊后熱處理 (SR) 與焊態(tài)相比 ,焊接接頭的強度和沖擊功有所降低。30 mm 厚正火鋼板 ,σ b 降