中厚板球罐焊缝现场返修技术
[5]游德勇，高向东，激光焊接技术的研究现状与展望，广州，广东工业大学机电学院，2008
中厚板球罐焊缝现场返修技术
柳新宇
（安徽盈创石化检修安装有限责任公司邮编：246002）
摘要：近几年我公司连续承接了安庆石化液化球罐（其中有一台球罐材质15MnVR 合金结构钢、板厚δ34）全面检修工程，而我车间主要对焊缝超标缺陷进行清除，像这样材质、板厚进行现场返修焊接经验有很少检验可借鉴；本文主要对材质15MnVR 的焊接性、材料选用、操作要领及焊后热处理方法做一详细介绍。
关键词：焊接性；材料；热处理
1材料
15MnVR钢属于正火状态下交货的合金结构容器钢。（正火钢是指在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性的一类低合金高强钢）。化学成份见表1，力学性能见表2。
表115MnVR钢化学成份
表215MnVR钢力学性能抗拉强度（MPa）
屈服点（MPa）伸长率δ5≥（%）180°弯曲试验530-67539018d=3a
这类钢是在16Mn基础上加入少量V（0.04%—0.12%）来达到细化晶粒和沉淀强化的。此钢虽在正火状态下使用，但由于碳化钒的分布形式和弥散强化程度与热轧温度、冷却速度有很大的关系。因此它的性能在热扎状态下会有较大的波动，特别是板厚增加时更为严重。由于此钢实质上应属于沉淀强化类型的钢，因此只有通过正火使晶粒和碳化钢均匀弥散析出后，才能获得较高的塑性和韧性，我们从安庆石化储运部查到此球罐的材质是在正火状态下现场组装的，并经Ⅱ级无损检验合格后安装。正火的目的是为了使这些合金元素能以细小的化合物质从固溶体中析出，并同时起细化晶粒的作用，是在提高强度的同时，适当地改善了钢材的塑性和韧性，以达到最强的综合性能。
1.115MnVR钢的焊接性分析
通过15MnVR的钢特性可以看出此钢材的焊接较好。
本结主要通过工艺因素来描述15MnVR的焊接性。（影响焊接性的主要有材料因素、工艺因素、结构因素及使用因素。）15MnVR钢焊接性通常出现两方面的问题：一是焊接引起的各种冶金缺陷，主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化。
1.1.1预防焊缝中的热裂纹
从正火钢成分来看，此钢含碳量较低，含Mn量较高，Mn/S（含S元素多导致热裂纹）比能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部
C、S含量偏高时，容易出现热裂纹。硫通常以两种形式存在于焊缝中，即MnS、FeS。MnS几乎不溶于液态元素
C Mn P S Si Cr Ni V 含量
(%)≤0.18 1.2-1.6≤0.03≤0.030.2-0.55≤0.3≤0.30.04-0.12
铁，在焊接冶金过程中可以浮到熔渣中去，使焊缝脱硫。在焊接时采用碱性氧化物脱硫，其反应如下：
〔FeS〕+〔Mn〕=〔MnS〕+〔FeO〕
〔FeS〕+〔CaO〕=〔CaS〕+〔FeO〕
产生的CaS类似于MnS，直接进入熔渣中。根据质量作用定律可知，增加渣中MnO和CaO的含量，有利于脱硫，减少渣中自由FeO的浓度，即加强脱氧，减少渣的氧化性，有利于脱硫反应的进行。因此，我们在焊材选取上，采用低氢碱性焊接（J507RH），增加熔渣的碱度可以提高脱硫能力，可解决热裂纹的问题。
1.1.
2.预防焊缝中的冷裂纹
冷裂纹是焊接15MnVR钢时的一个主要问题。（a）从材料本身考虑淬硬组织，是引起冷裂纹的决定性因素，由于正火钢的强度级别较高，合金元素的含量较多。因此与低碳钢相比，焊接性差别就大。（b）碳当量与冷裂纹倾向的关系。从前面分析材料的淬硬倾向影响冷裂纹倾向，而淬硬倾向又主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最为明显。因此，可以通过一些经验性的碳当量公式来粗略地估计和对此不同钢材的冷裂纹倾向，为了减少含C量，来提高15MnVR的焊接性，但为了弥补强度的损失必须添加一些合金元素V。但碳当量不能精确地判断冷裂纹的产生与否，因为冷裂纹的产生除了成分外还和其他因素有关。为了避免冷裂纹的产生，就需要采取较严格的工艺措施，在D5502球罐返修中严格控制线能量、焊前预热和焊后保温等措施。
1.1.3.层状撕裂
产生层状撕裂不受钢材的种类和强度级别的限制，撕裂与板厚有关。由于液化气球罐板厚厚度为δ
=34mm，容易产生层状撕裂。在液化气球罐超标焊缝返修工程施工过程中对每一处返修焊缝，采取了150oC 预热温度，在整个施工过程中未见层状撕裂现象。
1.215MnVR钢用焊接材料及设备
焊接材料是决定焊接质量的主要因素。焊接材料选择根据15MnVR的力学性能、化学成分、接头钢性及返修焊缝坡口形式使用要求选取。在液化气球罐焊缝返修工程中，采用焊条手工焊进行焊接，焊条选取
E5015-G（J507RH）焊条。选取以上焊接材料必须具有出厂合格证明书和质量保证书。焊条储存和保管应按JB3223-83《焊条质量管理规程》的规定执行。
焊条使用前严格按使用说明书的规定进行烘干，焊条有专人负责保管、烘干和发放，并有详细的记录。烘干后的焊条保存在100—120oC的恒温箱内，随取随用；每位焊工备有保温筒，使用过程中保温筒通电加热，焊条用一根取一根。焊条烘干后在保温筒内超过4h后应重新烘干，烘干次数不宜超过两次。
焊接设备采用参数稳定、调节灵活和安全可靠的直流逆变焊机。在施焊前，焊机上的电流电压表必须检定合格，电源电缆必须满足大电流焊接的要求。
2焊接人员
焊接人员除合格的焊工外，配备专门的焊接技术人员，焊接检查员和无损检验员。
参加15MnVR钢焊接施工人员和施工管理人员均进行技术交底，以了解15MnVR钢的焊接特点、控制项目及控制方法。焊工按锅炉压力容器焊工考试与管理规则行培训和考核合格，持操作证书和等级证书的合格焊工上岗。
3返修焊接工艺
3.1返修焊接前处理
在施工前，必须要接收到有资质检测单位的特种设备检验意见通知书，并委派专业技术员到现场进行技术交底，方可进行施工。
挖除缺陷前用吸附式电加热板给返修部位进行加热≥150°C，主要控制碳弧气刨对返修部位造成急冷温差。
缺陷清除要认真细致，清除长度要大于缺陷长度50~80mm,并观察缺陷性质是否测报告一致，缺陷清除
后，应委托有资质检测单位对坡口内进行渗透检查，如发现未清除干净，要继续清理直到缺陷完全清除。
焊缝补焊前,应清除坡口两侧25㎜范围内的油污、锈蚀、水份等杂质，并用吸符式电加热板将焊补位置250mm范围加热到≥150°C，再进行施焊；焊接时，焊条引弧必需在坡口内引弧，不得在母材表面造成电弧擦伤等缺陷；多层焊的层间接头应错开20㎜以上，熔敷金属做到圆滑过渡；焊接时层间温度≯300℃。焊接过程中，应故中断，应保温缓冷；焊缝外观成形要均匀一致，焊趾处要平滑过渡；表面不得有裂纹、气孔、未熔、夹渣、弧坑等缺陷；焊接结束，应立即进行250～300℃，2小时后热处理并保温缓冷。
3.2焊接工艺及热处理
本焊接工艺卡片是在焊接试验及工艺评定(工艺评定编号：P-249)的基础上编制的.
热处理工艺：加热升温时，当温度达到400℃时，其升温速度应控制在80～100℃/h内，升温时的最大温差≯50℃，恒温时，其温度控制在620±20℃范围内，恒温时间2.5小时，恒温时温度差≯30℃，降温时，从恒温温度降到400℃期间，其降温速度应控制在60℃～80℃/h范围内，400℃以下可在空气中自然冷却，在400℃以上降温时各点的最大温度差应≯50℃。操作人员要严守操作规则，并做好各种记录；如遇雨水天气，不得进行热处理。
3.3质量检验
焊缝焊后，首先进行外观检查。外观检查合格后方可进行内部质量检查，内部质量无损检查在焊缝焊完48h后进行。
焊缝外观质量及内部质量检查按GB12337—1998《钢制球形储罐》、JB/T4730—2005《无损检测标准》等规范要求进行。
4结论
对于15MnVR现场返修的焊接，选用合适的焊材，进行适当的预热和后热可以有效地防止焊接裂纹的产生。选用合适的焊材，采用合理的焊接规范，辅以适当的预热，可以有效保证返修焊接质量。采用合理的焊接方法和焊接工艺，并注意焊接时的层间控制，可有效保证厚板的焊接质量。
参考文献
（1）GB12337-1998《钢制球形储罐》?国家质量技术监督局发布，1998
（2）英若采?熔焊原理及金属材料焊接?机械工业出版社，2005
（3）JB3223-83《焊条质量管理规程》