09MnNiDR焊接接头低温韧性实验方法.docx

针对球罐材质为09MnNiDR的工艺试验研究本研究对09MnNiDR的工艺焊接性评定采用直接模拟试验法和间接推算法。 直接法：按照实际焊接条件，通过焊接过程观察是否发生某种焊接缺陷或发生某 种缺陷的程度，来直观评价焊接性的优劣。如我们用到的斜Y坡口焊接冷裂纹 试验。间接法：根据材料的化学成分、金相组织、力学性能之间的关系，联系焊 接热循环过程评定焊接性优劣。通过系一列试验，对试验结果的综合分析，最终得到针对09MnNiDR球罐 用钢材合适的焊材，焊前预热温度、后热温度、焊接线能量以及合适的热处理方 案。一、09MnNiDR材料概况。09MnNiDR是一种低温压力容器用钢板，其化学成分如下表1所示，其机械 性能如表2所示。表1 09MnNiDR化学成分牌号化学成分%CSiMnNiVNbAls09MnNiDR<0.120.150.51.201.600.300.80-<0.0430.015表2 09MnNiDR机械性能钢板厚度抗拉强度。屈服强度延伸率冷弯试验冲击试验/mmb /MPaa s /MPa6 /%(b=2a.180° )(-70°C Akv/J)66043056026023d =2a3 27二、钢板锻件的力学性能实验1.钢板、锻件的力学性能实验1 .拉伸及系列温度冲击实验1.1选择提货状态的钢板、锻件进行常温拉伸和不同部位的系列温度冲击试 验，重点确定临界温度(韧脆转变温度)。1.1.1拉伸试验采用标准：按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法的规定。取样方向：横向。实验步骤：(1)准备试样，按照GB/T 2975 一 1998的规定。一般要求：a.应在产品不同位置取样，力学性能有不同的差异。b. 应在外观及尺寸合格的钢产品上取样。c. 取样时，应对抽样产品、试料、样坯和试样作出标记，以保 证始终能识别取样的位置及方向。d. 取样时，应防止过热、加工硬化而影响力学性能。用烧割法 和冷剪法取样所留加工余量。f.取样的方向应由产品标准或供需双方协议规定。（2）调整试验机和自动绘图装置，装好试件，对以上工作进行检查。（3）进行实验。开动试验机，缓慢均匀地加载，直至试件被拉断。关闭试验 机，记录拉断时的最大荷载值，取下试件和记录纸。试验温度：常温试验项目：测定一个延性能A和三个强度性能Rm、ReH和ReL的测定 断后伸长率A的测定：（a）人工方法，试验前在试样平行长度上标记出原始标距（误差±1%） 和标距内等分格标记（一般标记10个等分格）。试验拉断后，将试 样的断裂处对接在一起，使用轴线处于同一直线上，通过施加适当的 压力以使对接严密。用分辨力不劣于0.1mm的量具测量断后标距，准 确到土0.25mm以内。（b） 图解方法（包括自动方法）用引伸计系统记录力-延伸曲线，或采集 力-延伸数据，直至试样断裂。读取或判读断裂点的总延伸，扣除弹 性延伸部分后得到的非比例延伸作为断后伸长。扣除的方法是，过断 裂点作平行于曲线的弹性直线段的平行线交于延伸轴，交点即确定了 非比例延伸。（c）对于不经机加工的等横截面试样，如平行长度比其标距长许多，可以 标记多组相互套叠的原始标距，部分可以伸入夹持范围。拉断后，在 断裂所在这组标距上测定断后伸长率。抗拉强度Rm的测定：试样拉至断裂，从拉伸曲线图上确定实验过程中的最大力，或从测力读 盘上读取最大力。抗拉强度按公式计算：Rm = Fb/S0上屈服强度ReH下屈服强度ReL的测定：图解方法（包括自动方法）引伸计标距应N1/2L。引伸计和试验同应不劣于 1级准确度。记录力-延伸曲线或力-位移曲线，或采集力二延伸（位移）数据， 直至超过屈服阶段。按照定义在曲线上判定上屈服力和下屈服力的位置点，判定下屈服力时要排除 初始瞬时效应的影响。上、下屈服力判定的基本原则如下： 屈服前第一个峰值力（第一个极大力）判为上屈服力，不管其后的峰值力比 它大或小。 屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力，舍去第一个谷值力（第一个极 小值力），取其余谷值中力中之最小者判为下屈服力。如只呈现一个下降谷值力， 此谷值力判为下屈服力。 屈服阶段中呈现屈服平台，平台力判为下屈服力。如呈现多个而且后者高于 前者的屈服平台，判第一个平台力为下屈服力。 正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。根据下屈服力和上屈服力计算出ReH和ReL。1.1.2系列温度冲击试验采用标准：按照GB/T229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法的规定。 取样方向：横向。实验步骤:a.选择试样，标准尺寸冲击试样长度为55mm，横截面为10mmX 10mm 方形截面，在这样长度中间有V型缺口。注意：对缺口的制备应仔细，以保证 缺口根部处没有影响吸收能的加工痕迹。缺口对称面应垂直于试样纵向轴线。V 型缺口应有45°夹角，其深度为2mm，底部曲率半径为0.25mm。b. 试样应紧贴试验砧座，锤刃沿缺口对称面打击试样缺口的背面，试 样缺口对称面偏离两砧座间不大于0.5mm。c. 实验前应检查摆锤空打时的回零差或空载能耗。d. 实验前应检查砧座的跨距应保证在40mm以内。f.用摆锤一次打击试样。试验温度：-120°C、-100°C、-80°C、-70°C、-40°C、-20°C、0°C、20°。及 60°C。 试验项目：冲击功kv2的测定。剪切断面率的测定：A）测量断口解理断裂部分的长度和宽度，计算剪切断面率。B）使用标准断口形貌图与试样断口形貌进行比较。C）将断口放大，并与预先制好的对比图进行比较，或用求积仪测量剪切断面 率（用100%减去解离断面率）。D）断口拍成放大照片求积仪测量剪切断面率（用100%减去解离断面率）。E）用图像分析技术测量剪切断面率。转变温度卜、上的测定：通过T-K曲线得出。1.2选择供货状态经570±15C消除热应力处理（以下简称为SR处理，400C以 上升降温速度均为50C ）的钢板、锻件进行常温拉伸和不同系列温度冲击试验， 重点确定材料的韧脆转变温度。本实验步骤，采用标准以及试验项目与供货状态的钢板、锻件进行常温拉伸 和系列温度冲击试验的方法相同。2. 落锤试验选用供货状态钢板、锻件，以及加SR处理的钢板、锻件，通过落锤试验，测定 材料的无塑性转变温度。采用标准：试验及取样按GB/T6803-2008，采用P试样。P2试样2卷1标港试祥尺寸单虫为苹米名 牌P-1P-2R3试伴履应T朋.口士网.a± lo珏.。士伉5就祥近度伸50.1.0SO-Oti.O诚择拍肆L把St土lam士史与1J3. D=L 盔 5仰道长渡i耻烯E0-6S30-65瑁担室g A12-1612-16E2U虱5耻5玷髭口麾撞七一豆ML 5饮口底3R %1.S-S.U1.01.9-2.6取样方向：横向。试验步骤：1）确定试验温度，试验温度一般是5°C的整数倍，首次试验温度可 以根据试验者的经验估计NDT温度，后续试验温度也可以根据试验者的经验或参 考相关标准推荐的温度进行。2）提升锤头升到预选的高度，锤头的落差不小于1m。3）放置试样，将达到试验温度的试样迅速放置在砧座支撑台上，砧 座和锤头对准。4）冲击试样，在规定的时间内迅速释放锤头冲击试样，冲击后检查 试样状态符合本试验方法规定的要求。5）后续试验，根据上次试验结果，参考相关规定标准后，继续进行 试验，直至测出NDT温度。试验项目：NDT。三、焊接接头力学性能试验焊接试板的制备、检验参照NB/T47014-2011承受设备焊接工艺评定执 行，不同的力学性能测试按相应的试验方法标准进行。试板采用钢板和锻件横向 对接，焊接方法采用手工焊条电孤焊，预热温度 100 C，焊接线能量控制在 30KJ/cm以下，焊后进行570±15CX4.5h （400C以上升、降温速度均为50 C） 的SR处理。1. 焊接接头拉伸、弯曲1.1焊接接头拉伸试验采用标准：按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法的规定。取全 厚度板状试样。试样状态：焊后SR状态。试验温度：常温。试验项目：抗拉强度Rm。实验步骤以及抗拉强度Rm的测定已在前面介绍。1.2焊接接头弯曲试验试验一般要求：试样的制备应不影响母材和焊缝金属性能。采用标准：按照GB/T2653-2008规定，采用侧弯试试样。试样状态：焊后SR状态。试验温度：常温。试验项目：观察缺欠的类型和尺寸和弯曲角2焊接接头系列温度冲击试验采用标准：按照GB/T229-2007金属材料 夏比摆锤冲击试验方法的规定。 试样状态：焊后SR状态。试验冲击缺口位置：焊缝金属的缺口轴线位于焊缝中心线上，热影响区（两 侧）的缺口轴线应最大限度通过热影响区。试验温度：-120°C、-100°C、-80°C、-70°C、-40°C、-20°C、0°C、20°C及 60 °C。试验项目：冲击功KV2的测定，剪切断面率的测定，转变温度vTe、vTs的测定。 测定步骤已在前面介绍。v E v s3. 落锤试验选择焊后SR处理（570±15Cx4.5h）的焊接接头，通过对焊缝金属进行落锤 试验（焊缝金属位于缺口轴线位置），测定其无塑性转变温度。采用标准：试验及取样按GB/T6803-2008，采用P试样。试验步骤及测定已在前面叙述。2四、钢板、锻件及焊接接头金相组织包括供货状态钢板和锻件、SR处理后钢板和锻件、以及焊接接头焊后SR状 态焊缝中心、热影响区的金相组织。五、焊条的选用实验采用56mm厚09MnNiDR钢板，分别使用 W707DR （国产）、phoenix Ni2 （国 外牌号、国产）焊条焊接。试验目的：综合分析下述试验结果，最终选用一种焊条。试验方法：手工焊条电弧焊。预热温度：100 °C。1.对熔敷金属进行常温拉伸和-70C、-80C冲击试验。采用标准：NB/T47018.2-2011承压设备用焊接材料订货技术条件第二部 分：钢焊条。2选用30KJ/cm焊接线能量，对焊接接头进行常温拉伸、弯曲和-70C、 -80C冲击试验。采用标准：拉伸试验按照GB/T228-2002的规定，取全厚度板状试样。 冲击试样按照GB/T229-2007规定。六、钢板焊接冷裂纹敏感性试验焊接裂纹敏感性试验时工艺焊接性中的直接模拟试验，它具有接近实 际工况、直观、可靠性好的优点。一般常用焊接裂纹敏感性试验方法有1. 斜Y型坡口焊接裂纹试验（GB/T4675.1-1984）。2.横向可变拘束热裂纹试 验。3.层状撕裂试验。4.钢板插销应力松弛实验法试验。1.冷裂纹敏感性试验通过对钢板焊接冷裂纹敏感性的评定试验，最终确定合适的焊前预热温度。(1) 钢板焊接热影响区最高硬度试验试验目的：通过热影响区最高硬度来定性评价钢板抗冷裂纹性能。采用标准：试验及取样按GB/T4675.5-1984焊接性试验-焊接热影响 区最高硬度试验方法，采用20mm X 75mm X 200mm和20mm X 150mmX 200mm两种试样。焊接方法：手工焊条电孤焊。预热温度：室温、75°C、100°C硬度的测定：a. 焊后至少要经过12h才能取测量硬度的试样，取后要尽快侧试硬度。b. 在室温下，采用机械加工方法垂直切割焊缝的中部，然后在此断面 上取硬度的测量试样，切割时，必须边冷却边加工以免焊接热影响区的硬 度因断面温度的升高而降低。c. 硬度测量试样的检测面经研磨后，再加以腐蚀。划一条既切于熔合 线底部，又平行于试板轧制表面的直线，在此直线上每隔0.5 mm进行室温 下，载荷为10Kg的维氏硬度的测定。d. 硬度测定试验的其他有关事项应按金属维氏硬度试验法的规定。(2) 钢板斜Y型坡口焊接冷裂纹试验试验目的：定性评价钢板焊接热影响区冷裂纹敏感性。采用标准：试验及取样按GB/T4675.1-1984焊接性试验斜Y型坡 口焊接裂纹试验方法的规定，采用56mmX 150mmX200mm试样。焊接方法：手工焊条电孤焊。预热温度：75 C、100C、125 Co取样方向：钢板的横向。试验步骤：1.按下图组装试件00图1试件的形状和尺寸2. 试验焊缝按图2所示方法焊接图2采用手工焊时试验焊缝位置3. 焊完的试件经48h以后才能开始进行裂纹的检测和解剖。4. 裂纹率计算：采用肉眼或其它适当的方法来检查焊接接头的表面和断面 是否有裂纹，并分别计算出表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。由于斜Y剖口对焊接裂纹试验接头拘束很大，根部尖角又有应力集中， 所以试验条件比较苛刻。一般认为在这种试验中若裂纹率不超过20%，那 么在实际结构焊接时，就不会产生裂纹。（3）钢板插销应力松弛试验法试验实验目的：定量的评价钢板的冷裂纹敏感性，并测定各预热温度下的 产生冷裂纹的临界裂纹初应力。采用标准：试验及取试样按GB/T9446-1995焊接用插销冷裂纹试验 方法，试棒尺寸8x100mm。焊接方法：手工焊条电弧焊。取样方向：横向。七、钢板焊接线能量选择试验在前面试验中已做焊条选用试验，择焊接性能较好的焊条进行下列试验。实验目的：进行较佳焊接线能量范围的选择，以确保球罐焊接接头具有优 良的低温韧性。采用标准：钢板与钢板焊接试件采用横向对接，其制作取样及检验参照 NB/T47014-2011承受设备焊接工艺评定执行。焊接试板尺寸：56mmx 135mmx360mm，不对称X坡口。焊接方法：手工焊条电孤焊，根据确定的预热温度预热和200°CX1h后热。钢板焊接线能量：1518KJ/cm、2530KJ/cm、3035KJ/cm、3540 KJ/cm。取样位置：试样轴线位于厚板的1/4处。缺口位置：焊缝金属的缺口轴线位于焊缝中心线上，热影响区的缺口轴线 应最大限度通过热影响区。实验项目：按GB/T229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法分别进行焊缝及热影响区的-70°C、-80°C冲击试验。实验步骤及测定已在前文中叙述。八、钢板、锻件焊接接头消除应力热处理后性能试验实验目的:在焊接工艺确定后，对焊接接头进行焊后消除热应力热处理试验， 为最终确定焊后整体热处理的规范提供技术依据。采用标准：钢板和锻件横向对接焊接试板，其制作及取样标准按 NB/T47014-2011承受设备焊接工艺评定执行。焊接方法：手工电弧焊，根据前面确定的预热温度预热。焊接线能量：根据前面确定的焊接线能量。分别1次、2次消除应力热处理后性能试验SR处理：570±15Cx4.5h； 400C以上升、降温速度均为50C/h实验项目：按国标GB/T229分别对一次SR处理和二次SR处理后的焊缝及 热影响区（两侧）进行-70C、-80C冲击试验，按国标进行焊接接头的拉伸试验。实验步骤及测定已在上文中叙述。九、钢板、锻件焊接接头焊缝返修工艺试验实验目的：对焊缝进行三次返修试验，确定焊接返修次数对焊缝及热影响区 低温（-70C、-80C ）冲击性能的影响。采用标准：钢板与锻件横向对接焊接试板，其制作及取样标准按 NB/T47014-2011承受设备焊接工艺评定执行。焊接方法：手工焊条电弧焊，根据前面确定的预热温度预热。焊接线能量：根据前面确定的焊接线能量。焊缝返修次数：3次。试样状态：焊后SR处理状态。试验项目：按国标GB/T229分别进行焊缝及热影响区（两侧）的-70°以-80C 冲击试验，并按GB/T213分别对焊后及每次返修后接头的热影响区进行硬度试 验。试验步骤以及测定已在前文中叙述。