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：
本實(shí)用新型涉及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-lMo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)400°C，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-lMo厚壁容器封筒環(huán)向?qū)咏宇^常見(jiàn)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，是以2. 25Cr-lMo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-lMo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)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(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)。 本實(shí)用新型低焊接殘余應(yīng)力的2.25Cr-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)焊接接頭坡口表面的 堆焊鎳基合金層之間為鎳基合金熔敷金屬層。[0011]本實(shí)用新型低焊接殘余應(yīng)力的2. 25Cr-lMo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 10 14mm。 所述的鎳基合金層選用ENiCrMo-3的合金材料。 不需要進(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)性好，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，熔敷金屬的性能一定非常優(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。本實(shí)用新型通過(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_lMo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1化學(xué)成分(重量百分比)
材料NiCMnFePSSiCrNbMo其他
2. 25Cr-平
0. 30 2. 0
lMo—《0. 15衡《0. 010《0. 010《0. 10—9. 0—
0. 602. 5
項(xiàng)
Incoiiel 625烙 敷金屬》55. 00. 101. 07. 00. 030. 020. 7520. 0 23. 03. 15 4 .158. 0 10. 00. 50 表2力學(xué)性能
拉伸試驗(yàn)沖擊試 驗(yàn)
材料Rel&試驗(yàn)溫度
MpaMPa%°C了
2. 25Cr-1Mo520 685》310》19-30》55
Inconel 625熔敷金 屬(GTAW)760一》30—— 表3物理性能
4材料類(lèi)型吊^H浩、i5 kg/m3熔點(diǎn)范圍 。c常溫彈性模量MPa常溫?zé)崤蛎浵禂?shù) X 10—6/°c
2.25Cr-lMo7850 150020500011. 6
Inconel62584001370 142521400012. 2 由表1 表3可知牌號(hào)為AWS ENiCrMo-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_lMo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，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在 1、本實(shí)用新型采用高互溶性的焊接材料，使金屬焊接過(guò)程中的組織均勻，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、本實(shí)用新型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、本實(shí)用新型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、本實(shí)用新型可以在現(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，采用本實(shí)用新型可以在現(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、本實(shí)用新型可以廣泛地應(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為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標(biāo)號(hào)1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)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式參見(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之間為鎳基合金熔敷金屬層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-lMo鋼母材1焊接接頭坡口表面形成ENiCrMo-3、 10 14mm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。焊接接頭對(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)，在兩側(cè)焊接接頭坡口表面的堆焊鎳基合金層(2a)之間為鎳基合金熔敷金屬層(2b)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低焊接殘余應(yīng)力的2. 25Cr-lMo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)，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 10 14mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低焊接殘余應(yīng)力的2. 25Cr-lMo鋼對(duì)接接頭焊接結(jié)構(gòu)，其特征 是所述的鎳基合金層選用ENiCrMo-3的合金材料。
專(zhuān)利摘要低焊接殘余應(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。本實(shí)用新型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)B23K9/04GK201483165SQ20092017171
公開(kāi)日2010年5月26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