專(zhuān)利名稱(chēng)：：低焊接殘余應(yīng)力的2.25Cr-1Mo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及2.25Cr-lMo鋼對(duì)接接頭的焊接結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：由美國(guó)石油學(xué)會(huì)提出的"Nelson"曲線是高溫高壓臨氫設(shè)備選材的準(zhǔn)則，根據(jù)操作溫度和氫分壓的相關(guān)數(shù)值，2.25Cr-1Mo成為加氫反應(yīng)器、換熱器的首選材料，此類(lèi)設(shè)備因高壓、直徑大、溫度高，所以設(shè)備的壁厚較厚，目前國(guó)內(nèi)制造的加氫反應(yīng)器的壁厚已達(dá)320mm，臨氫系統(tǒng)介質(zhì)具有極強(qiáng)的腐蝕作用，焊接接頭的質(zhì)量直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行，通常此類(lèi)設(shè)備為了消除焊接殘余應(yīng)力需進(jìn)行焊后熱處理。熱壁加氫設(shè)備基層采用2.25Cr-lMo材料，由于操作溫度達(dá)40(TC，正處于鋼材的回火脆化溫度范圍，故工程上均采用有效的方法限制雜質(zhì)元素的含量，來(lái)控制加氫設(shè)備材料的回火脆化。同時(shí)因耐腐蝕的需要，基層表面需堆焊不銹鋼，其中過(guò)渡層為309L，表層為含鈮(抗連多硫酸腐蝕)的347，2.25Cr-1Mo厚壁容器封筒環(huán)向?qū)咏宇^常見(jiàn)結(jié)構(gòu)如圖l所示，是以2.25Cr-1Mo為母材1，2.25Cr-lMo熔敷金屬填充后形成焊縫金屬2、母材1的內(nèi)表面形成有不銹鋼堆焊層3。這類(lèi)焊接接頭熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能均與母材相當(dāng)。臨氫系統(tǒng)介質(zhì)具有極強(qiáng)的腐蝕作用，在應(yīng)力條件下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。2.25Cr-1Mo鋼焊接具有的特性是1、焊接接頭具有回火脆化傾向，當(dāng)熱影響區(qū)布氏硬度〉250時(shí)，脆性加大，易產(chǎn)生冷裂紋；2、焊縫金屬淬硬傾向大，該鋼種在焊接過(guò)程中易形成馬氏體組織，通過(guò)焊后熱處理，使部分馬氏體重新轉(zhuǎn)變成奧氏體，同時(shí)也使殘存馬氏體經(jīng)受一次回火處理，降低其硬度和脆性。因此2.25Cr-lMo鋼焊接后消除焊接殘余應(yīng)力非常重要，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB150-1998《鋼制壓力容器》明確規(guī)定Cr-Mo合金鋼制設(shè)備需進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理。對(duì)2.25Cr-lMo鋼制設(shè)備進(jìn)行焊后熱處理是消除焊接殘余應(yīng)力，避免應(yīng)力腐蝕，降低焊接接頭硬度，降低氫腐蝕敏感性的有效措施。但有些特殊的設(shè)備如換熱器封筒對(duì)接接頭可能無(wú)法進(jìn)行進(jìn)行整體熱處理，如采用上述的焊接接頭型式不進(jìn)行熱處理則焊接殘余應(yīng)力較大，將其應(yīng)用于高溫高壓的臨氫系統(tǒng)存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容3本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種能夠使焊接接頭本身的強(qiáng)度、塑性得到充分保證，同時(shí)具有較強(qiáng)抗腐蝕性能的低焊接殘余應(yīng)力的2.25Cr-lMo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明低焊接殘余應(yīng)力的2.25C廣lMo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是在2.25Cr-lMo鋼母材的焊接接頭坡口表面有一堆焊鎳基合金層，在兩側(cè)焊接接頭坡口的堆焊鎳基合金層之間為鎳基合佘熔敷金屬層。本發(fā)明低焊接殘余應(yīng)力的2.25Cr-1Mo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)也在于所述位于2.25Cr-lMo鋼母材的焊接接頭坡口表面的堆焊鎳基合金層的厚度為1014mm。所述的鎳基合金層選用ENiCrMo-3的合金材料。不靠要進(jìn)行焊后熱處理的設(shè)備主要是由奧氏體不銹鋼和有色金屬制造。這類(lèi)鋼材具有良好的冷、熱加工及焊接性能，焊接成形時(shí)材料流動(dòng)件好，不易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力，因而不需進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理。顯然，鋼材焊接后不進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理的關(guān)鍵除材料自身的可焊性外，熔敷金屬的性能"定非常優(yōu)秀，這樣才能保證接頭的性能衰減幅度受到控制。2.25Cr-lMo焊接時(shí)的情況更是如此，需要考慮熔敷金屬的耐腐蝕性，焊接接頭熔合線表面碳元素是否易遷移，焊接接頭的高溫時(shí)效情況、高溫強(qiáng)度，熔敷金屬和基體金屬的熱導(dǎo)率、線脹系數(shù)等諸多因素。本發(fā)明通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，在眾多的材料中遴選出ENiCrMo-3(AWS牌號(hào))作為2.25Cr-1Mo的填充金屬，它們的化學(xué)成分、力學(xué)性能、物理性能分別見(jiàn)表1、表2、表3:表l化學(xué)成分(重量百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>表2力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表3物理性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由表1~表3可知牌號(hào)為AWSENiCrMo-3和2.25Cr-lMo鋼彈性模量和熱膨脹系數(shù)較接近，因此焊接時(shí)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力較小。鎳元素為石墨化元素，能有效地抑制碳遷移，高含量鎳元素能較好地控制因稀釋在熔合區(qū)產(chǎn)生的脆性組織，其高塑性對(duì)于緩解近焊縫區(qū)的應(yīng)力有較大益處。Mo元素可提高鋼的高溫強(qiáng)度，改善鋼的韌性以及增強(qiáng)抗氫腐蝕能力，能提高鋼材抗有機(jī)酸還原性介質(zhì)腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕的能力。Cr元素可提高鋼的耐腐蝕性和熱強(qiáng)性，使鋼具有優(yōu)良的抗高溫氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的性能。因此，在設(shè)備不能進(jìn)行熱處理的情況下，采用ENiCrMo-3作為2.25Cr-1Mo鋼材對(duì)接接頭的填充金屬是切實(shí)可行的。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明采用高互溶性的焊接材料，使金屬焊接過(guò)程中的組織均勾，有效避免了裂紋的產(chǎn)生和脆性相的析出，使焊接接頭本身的強(qiáng)度、塑性得到充分保證，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能。2、本發(fā)明可以在加氫裂化裝置高壓換熱器的制造過(guò)程中得到應(yīng)用，使設(shè)備的更新?lián)Q代成為可能，合乎相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。3、本發(fā)明可以在某些不具備熱處理?xiàng)l件的現(xiàn)場(chǎng)安裝中進(jìn)行采用。4、本發(fā)明可以在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)中進(jìn)行采用，隨著我國(guó)石油化工事業(yè)的飛速發(fā)展，臨氫設(shè)備裝置越來(lái)越多，采用本發(fā)明可以在現(xiàn)場(chǎng)快速有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行修復(fù)，縮短檢修周期，降低檢修成本。5、本發(fā)明可以廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)不具備熱處理?xiàng)l件的Cr-Mo鋼焊接，在役設(shè)備2.25Cr-lMo鋼焊接接頭缺陷的修復(fù)，Cr-Mo鋼管道的對(duì)接焊接等多種場(chǎng)合中。圖1為已有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)l母材、2a堆焊鎳基合金層、2b鎳基合金熔敷金屬層。以下通過(guò)具體實(shí)施方式，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩說(shuō)明。具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例是在2.25Cr-lMo鋼母材1的焊接接頭坡口表面有一堆焊鎳基合金層2a，在兩側(cè)焊接接頭坡口的堆焊鎳基合金層2a之間為鎳基合余熔敷金屬層2b，母材1的內(nèi)表面形成有不銹鋼堆焊層3。具體實(shí)施中，首先是在2.25Cr-1Mo鋼母材l焊接接頭坡口表面形成ENiCrMo-3、1014mm厚度的堆焊鎳基合金層2a，再用表面無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)堆焊層的質(zhì)量，確認(rèn)堆焊質(zhì)量合格后，再用ENiCrMo-3在兩側(cè)焊接接頭坡口的堆焊鎳基合金層2a之間形成鎳基合金熔敷金屬層2b，將接頭焊接在一起。這種焊接結(jié)構(gòu)成型好，焊接殘余應(yīng)力低，不僅具有良好的強(qiáng)度、塑性和韌性，同時(shí)其高溫性能和耐腐蝕性能都很優(yōu)越。淳接接頭對(duì)母材內(nèi)表面的不銹鋼堆焊層3的性能沒(méi)有影響。權(quán)利要求1、低焊接殘余應(yīng)力的2.25Cr-1Mo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)，其特征是在2.25Cr-1Mo鋼母材(1)的焊接接頭坡口表面有一堆焊鎳基合金層(2a)，在所述兩側(cè)焊接接頭坡口的堆焊鎳基合金層(2a)之間為鎳基合金熔敷金屬層(2b)。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的低焊接殘余應(yīng)力的2.25Cr-1Mo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)，其特征是所述位于2.25Cr-lMo鋼母材(1)的焊接接頭坡口表面的堆焊鎳基合金層(2a)的厚度為1014mm。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的低焊接殘余應(yīng)力的2.25Cr-1Mo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)，其特征是所述的鎳基合金層選用ENiCrMo-3的合金材料。全文摘要低焊接殘余應(yīng)力的2.25Cr-1Mo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)，其特征是在2.25Cr-1Mo鋼母材(1)的焊接接頭坡口表面有一堆焊鎳基合金層，在兩側(cè)焊接接頭坡口的堆焊鎳基合金層之間為鎳基合金熔敷金屬層。本發(fā)明能夠使焊接接頭本身的強(qiáng)度、塑性得到充分保證，同時(shí)具有較強(qiáng)抗腐蝕性能。文檔編號(hào)B23K31/02GK101537542SQ20091011663公開(kāi)日2009年9月23日申請(qǐng)日期2009年4月24日優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日發(fā)明者吳曉紅,陳永東申請(qǐng)人:合肥通用機(jī)械研究院