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摘 要：在对3.5%Ni低温钢可焊性分析的基础上，采用可行的焊接工艺成功地对设备进行现场焊接。
关键词：3.5%N i低温钢 焊接 热处理 韧性
对低温用钢最重要的性能要求是在工作温度下有足够的韧性。3.5%Ni低温钢具有良好的低温韧性，是目前石油医药化工行业广泛应用低温设备的制造钢种.神木化工Ⅱ期40万吨/年甲醇扩建工程，耐硫变换装置—甲醇洗涤塔，由西安506厂制造，分段到货现场组对焊接，塔壳体材质为SA203E（3.5%Ni），使用状态正火加回火。最低设计温度-101℃，该工程要求焊后的焊接接头性能符合美国ASME标准。
一、可焊接性
SA203E为压力容器低温用钢，等同于3.5%Ni，广泛应用于石油、医药化工行业的低温设备制造，可焊性比無Ni钢差，Ni的添加增大了钢的淬硬性，但不显著，冷裂倾向不大，当板厚较大或拘束较大时，应采用适当预热，Ni可能增大热裂纹倾向，但是严格控制钢材及焊接材料中的C、S及P的含量，以及采用合理的焊接工艺，增大焊缝成形系数，可以避免热裂纹。保证焊缝和粗晶区的低温韧性是低温用钢焊接的技术关键。焊接线能量过大，焊接热循环会损害热影响区的调质结果，热影响区塑性降低，冷却速度过快，对冲击韧性有影响，同时焊缝易产生粗大的板条状贝氏体组织和马氏体组织，严重降低了低温韧性。影响低温韧性的因素很多，包括钢的化学成分、纯度、显微组织晶粒度与热处理状态等，在3.5%Ni钢的焊接中，接头的强度和塑性均不存在问题。关键问题是接头的低温韧性难以保证，解决这一问题的前提是必须有优质的母材和焊材。美国的SA203E满足这一要求，现在通过焊材来满足接头的低温韧性。
二、焊接工艺
1.焊接方法
焊接方法采用手工电弧焊，焊条可选用型号E5015-G、牌号CHL107（大西洋电焊条厂），此焊条的性能满足GB5118E5015C2L（等同于AWSA5.5E7016-C2L）的品质要求，接近国际先进水平，直径为φ3.2mm，φ4.0mm.
打底焊采用φ3.2mm，盖面焊采用φ4.0mm.
焊接线能量J=60IU/V
式中 J=焊接线能量 I=焊接电流
U=焊接电压 V=焊接速度，
根据3.5%Ni低温钢的性能，为保证其低温韧性，手工电弧焊的焊接线能量应控制在J≤20KJ/CM2.
2.施焊工艺操作要点
2.1焊前焊条应严格按照要求进行烘干，烘干温度为380℃×1～2h，恒温保存在温度为100～150℃保温箱内。
2.2焊前将坡口两侧20㎜范围内的油污物，水氧化物清理干净，以防止焊接时出现缺陷。
2.3为防止线能量超标，设置记录员在测定出焊接电流、电压、焊接速度后，及时计算出焊接线能量，发现线能量接近上限时及时通知焊工进行调整.或可限制焊道厚度，规定焊工每根焊条必须熔敷的焊道长度，如规定φ3.2×350和φ4.0×400焊条每根必须熔敷的焊道长度应分别不小于180mm和240mm。
2.4焊道始端应用倒退引弧，收弧时弧坑必须要添满，每层的焊接接头至少错开200mm以上，且注意出现弧坑裂纹。
2.5焊缝背面清根应采用碳弧气刨，但必须用角磨机磨除渗碳层，清根后破口要宽窄一致，尽量呈∪形状，杜绝清根后出现窄而深的不良状况。
2.6焊缝背面清根后，应进行PT检查，当确认无缺陷时再焊接。
2.7焊缝初层和背层填充第一层应采用φ3.2mm直径的焊条。
2.8焊接时严格控制线能量，不大于20KJ/cm2.焊工在操作中应尽量采用小规范，小电流，短电弧，多层多道焊并避免侧面向风吹，这样可强化熔池保护，减少焊缝中的O、N含量，对细化晶粒，改善接头韧性极为有利。
2.9施焊时每道焊缝要尽量连续焊完，因故中断焊接应缓冷，采取保温措施，保持层间温度不底于预热温度，每道焊缝盖面时，采用φ3.2㎜焊条，即可使焊缝美观，又有退火消除应力的作用。
2.10焊缝焊完后表面应进行打磨，打磨要求为焊缝与母材圆滑过渡。
四、焊后热处理
在国内外的压力容器设计制造中都规定了低温（-20℃以下）压力容器焊后必须进行整体或局部热处理.其主要目的是：消除钢材在冷成形（如冷卷筒体）中造成的形变硬化以及组装焊接中产生的残余应力，恢复钢材的性能，防止结构的低应力脆断或是为了消除焊缝和热影响区的焊接残余应力，改善焊缝的金属组织和机械性能，稳定结构尺寸，防止变形，以及产生延迟裂纹，提高抗腐蚀能力.神木化工Ⅱ期40万吨/年甲醇扩建工程，耐硫变换装置—甲醇洗涤塔直径为3.6米，高为68米，厚度为64毫米.塔只能在现场分三段组对焊缝高度分别为27.56m、47.78m.应当指出由于焊缝高度较高进行局部热处理受外部环境影响比较大，难以对其温度温度进行准确的测量，我们采用了国外推荐的3.5%Ni低温钢焊后热处理规范，其主要目的是消除残余应力（即SR热处理）.所以规范中的保温时间都是按构件的厚度来选的，大多按公式1.2mm/min来计算保温间.此外，不同标准中推荐的保温温度值相差较大，最低的为535℃，最高的为630℃。
五、热处理工艺
在热处理过程中，若出现指示电压为零的情况，要马上断电检查，并重新加热，以免产生变形；加热过程中出现温度恒温的情况，要检查保温是否严密；所做热处理温度记录曲线和数据图表保持清晰、整洁，不得涂改；当热处理曲线与加热曲线不符或无自动记录时，应做硬度检查，当硬度超出规定范围时，应找出原因，采取措施。如果重新热处理，则应在热处理后重新检验硬度.焊后热处理后一般焊缝和热影响区的硬度值不低于母材硬度值的值的90%，且不超过母材硬度值加100。
六、结束语
在3.5%Ni低温钢焊接质量控制过程中，除了制订正确的焊接工艺参数外，还应严格监督各环节中的工艺参数的执行，尤其是焊工的规范操作行为，只有这样方可取得满意的效果，当然，以上给出的焊接参数只是针对此甲醇洗涤塔，追求接头在-101℃以下时的最佳韧性为目标的.在实际生产应用中，其接头构件也可能在-101℃以上的温度下使用，按有关标准规定，对接头的低温韧性将按实际产品的使用温度来考核，其合格指标相同（如-80℃以下使用的设备，只要接头的AKV-80≥27J即为合格，则相应的焊接工艺参数也可适当放宽，这在实际焊接生产中可酌情处理，以达到高质量与高效益的统一。
参考文献
[1]熔焊原理.
[2]焊接手册 第二卷 材料的焊接.
[3]石油化工低温钢焊接规程 SHT 35/25—2004 8.1.1.
[4]徐道荣 焊接，2000，（5）：10.
关键词：3.5%N i低温钢 焊接 热处理 韧性
对低温用钢最重要的性能要求是在工作温度下有足够的韧性。3.5%Ni低温钢具有良好的低温韧性，是目前石油医药化工行业广泛应用低温设备的制造钢种.神木化工Ⅱ期40万吨/年甲醇扩建工程，耐硫变换装置—甲醇洗涤塔，由西安506厂制造，分段到货现场组对焊接，塔壳体材质为SA203E（3.5%Ni），使用状态正火加回火。最低设计温度-101℃，该工程要求焊后的焊接接头性能符合美国ASME标准。
一、可焊接性
SA203E为压力容器低温用钢，等同于3.5%Ni，广泛应用于石油、医药化工行业的低温设备制造，可焊性比無Ni钢差，Ni的添加增大了钢的淬硬性，但不显著，冷裂倾向不大，当板厚较大或拘束较大时，应采用适当预热，Ni可能增大热裂纹倾向，但是严格控制钢材及焊接材料中的C、S及P的含量，以及采用合理的焊接工艺，增大焊缝成形系数，可以避免热裂纹。保证焊缝和粗晶区的低温韧性是低温用钢焊接的技术关键。焊接线能量过大，焊接热循环会损害热影响区的调质结果，热影响区塑性降低，冷却速度过快，对冲击韧性有影响，同时焊缝易产生粗大的板条状贝氏体组织和马氏体组织，严重降低了低温韧性。影响低温韧性的因素很多，包括钢的化学成分、纯度、显微组织晶粒度与热处理状态等，在3.5%Ni钢的焊接中，接头的强度和塑性均不存在问题。关键问题是接头的低温韧性难以保证，解决这一问题的前提是必须有优质的母材和焊材。美国的SA203E满足这一要求，现在通过焊材来满足接头的低温韧性。
二、焊接工艺
1.焊接方法
焊接方法采用手工电弧焊，焊条可选用型号E5015-G、牌号CHL107（大西洋电焊条厂），此焊条的性能满足GB5118E5015C2L（等同于AWSA5.5E7016-C2L）的品质要求，接近国际先进水平，直径为φ3.2mm，φ4.0mm.
打底焊采用φ3.2mm，盖面焊采用φ4.0mm.
焊接线能量J=60IU/V
式中 J=焊接线能量 I=焊接电流
U=焊接电压 V=焊接速度，
根据3.5%Ni低温钢的性能，为保证其低温韧性，手工电弧焊的焊接线能量应控制在J≤20KJ/CM2.
2.施焊工艺操作要点
2.1焊前焊条应严格按照要求进行烘干，烘干温度为380℃×1～2h，恒温保存在温度为100～150℃保温箱内。
2.2焊前将坡口两侧20㎜范围内的油污物，水氧化物清理干净，以防止焊接时出现缺陷。
2.3为防止线能量超标，设置记录员在测定出焊接电流、电压、焊接速度后，及时计算出焊接线能量，发现线能量接近上限时及时通知焊工进行调整.或可限制焊道厚度，规定焊工每根焊条必须熔敷的焊道长度，如规定φ3.2×350和φ4.0×400焊条每根必须熔敷的焊道长度应分别不小于180mm和240mm。
2.4焊道始端应用倒退引弧，收弧时弧坑必须要添满，每层的焊接接头至少错开200mm以上，且注意出现弧坑裂纹。
2.5焊缝背面清根应采用碳弧气刨，但必须用角磨机磨除渗碳层，清根后破口要宽窄一致，尽量呈∪形状，杜绝清根后出现窄而深的不良状况。
2.6焊缝背面清根后，应进行PT检查，当确认无缺陷时再焊接。
2.7焊缝初层和背层填充第一层应采用φ3.2mm直径的焊条。
2.8焊接时严格控制线能量，不大于20KJ/cm2.焊工在操作中应尽量采用小规范，小电流，短电弧，多层多道焊并避免侧面向风吹，这样可强化熔池保护，减少焊缝中的O、N含量，对细化晶粒，改善接头韧性极为有利。
2.9施焊时每道焊缝要尽量连续焊完，因故中断焊接应缓冷，采取保温措施，保持层间温度不底于预热温度，每道焊缝盖面时，采用φ3.2㎜焊条，即可使焊缝美观，又有退火消除应力的作用。
2.10焊缝焊完后表面应进行打磨，打磨要求为焊缝与母材圆滑过渡。
四、焊后热处理
在国内外的压力容器设计制造中都规定了低温（-20℃以下）压力容器焊后必须进行整体或局部热处理.其主要目的是：消除钢材在冷成形（如冷卷筒体）中造成的形变硬化以及组装焊接中产生的残余应力，恢复钢材的性能，防止结构的低应力脆断或是为了消除焊缝和热影响区的焊接残余应力，改善焊缝的金属组织和机械性能，稳定结构尺寸，防止变形，以及产生延迟裂纹，提高抗腐蚀能力.神木化工Ⅱ期40万吨/年甲醇扩建工程，耐硫变换装置—甲醇洗涤塔直径为3.6米，高为68米，厚度为64毫米.塔只能在现场分三段组对焊缝高度分别为27.56m、47.78m.应当指出由于焊缝高度较高进行局部热处理受外部环境影响比较大，难以对其温度温度进行准确的测量，我们采用了国外推荐的3.5%Ni低温钢焊后热处理规范，其主要目的是消除残余应力（即SR热处理）.所以规范中的保温时间都是按构件的厚度来选的，大多按公式1.2mm/min来计算保温间.此外，不同标准中推荐的保温温度值相差较大，最低的为535℃，最高的为630℃。
五、热处理工艺
在热处理过程中，若出现指示电压为零的情况，要马上断电检查，并重新加热，以免产生变形；加热过程中出现温度恒温的情况，要检查保温是否严密；所做热处理温度记录曲线和数据图表保持清晰、整洁，不得涂改；当热处理曲线与加热曲线不符或无自动记录时，应做硬度检查，当硬度超出规定范围时，应找出原因，采取措施。如果重新热处理，则应在热处理后重新检验硬度.焊后热处理后一般焊缝和热影响区的硬度值不低于母材硬度值的值的90%，且不超过母材硬度值加100。
六、结束语
在3.5%Ni低温钢焊接质量控制过程中，除了制订正确的焊接工艺参数外，还应严格监督各环节中的工艺参数的执行，尤其是焊工的规范操作行为，只有这样方可取得满意的效果，当然，以上给出的焊接参数只是针对此甲醇洗涤塔，追求接头在-101℃以下时的最佳韧性为目标的.在实际生产应用中，其接头构件也可能在-101℃以上的温度下使用，按有关标准规定，对接头的低温韧性将按实际产品的使用温度来考核，其合格指标相同（如-80℃以下使用的设备，只要接头的AKV-80≥27J即为合格，则相应的焊接工艺参数也可适当放宽，这在实际焊接生产中可酌情处理，以达到高质量与高效益的统一。
参考文献
[1]熔焊原理.
[2]焊接手册 第二卷 材料的焊接.
[3]石油化工低温钢焊接规程 SHT 35/25—2004 8.1.1.
[4]徐道荣 焊接，2000，（5）：10.