09MnNiDR焊接接頭低溫韌性實(shí)驗(yàn)方法

針對(duì)球罐材質(zhì)為09MnNiDR的工藝試驗(yàn)研究本研究對(duì)09MnNiDR的工藝焊接性評(píng)定采用直接模擬試驗(yàn)法和間接推算法。直接法：按照實(shí)際焊接條件，通過焊接過程觀察是否發(fā)生某種焊接缺陷或發(fā)生某種缺陷的程度，來直觀評(píng)價(jià)焊接性的優(yōu)劣。如我們用到的斜Y坡口焊接冷裂紋試驗(yàn)。間接法：根據(jù)材料的化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能之間的關(guān)系，聯(lián)系焊接熱循環(huán)過程評(píng)定焊接性優(yōu)劣。通過系一列試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，最終得到針對(duì)09MnNiDR球罐用鋼材合適的焊材，焊前預(yù)熱溫度、后熱溫度、焊接線能量以及合適的熱處理方案。一、09MnNiDR材料概況。09MnNiDR是一種低溫壓力容器用鋼板，其化學(xué)成分如下表1所示，其機(jī)械性能如表2所示。表109MnNiDR化學(xué)成分牌號(hào)化學(xué)成分%CSiMnNiVNbAls09MnNiDR<0.120.15~0.51.20~1.600.30~0.80--<0.04三0.015表209MnNiDR機(jī)械性能鋼板厚度/mm抗拉強(qiáng)度Ob/MPa屈服強(qiáng)度Os/MPa延伸率&/%冷彎試驗(yàn)(b=2a.180°)沖擊試驗(yàn)(-70°CAkv/J)6?60430?56026023d=2a三27二、鋼板鍛件的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)1.鋼板、鍛件的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)1?拉伸及系列溫度沖擊實(shí)驗(yàn)1.1選擇提貨狀態(tài)的鋼板、鍛件進(jìn)行常溫拉伸和不同部位的系列溫度沖擊試驗(yàn)，重點(diǎn)確定臨界溫度(韌脆轉(zhuǎn)變溫度)。1.1.1拉伸試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)：按照GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》的規(guī)定。取樣方向：橫向。實(shí)驗(yàn)步驟：(1)準(zhǔn)備試樣，按照GB/T2975一1998的規(guī)定。一般要求：a?應(yīng)在產(chǎn)品不同位置取樣，力學(xué)性能有不同的差異。應(yīng)在外觀及尺寸合格的鋼產(chǎn)品上取樣。取樣時(shí)，應(yīng)對(duì)抽樣產(chǎn)品、試料、樣坯和試樣作出標(biāo)記，以保證始終能識(shí)別取樣的位置及方向。取樣時(shí)，應(yīng)防止過熱、加工硬化而影響力學(xué)性能。用燒割法和冷剪法取樣所留加工余量。f.取樣的方向應(yīng)由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或供需雙方協(xié)議規(guī)定。（2） 調(diào)整試驗(yàn)機(jī)和自動(dòng)繪圖裝置，裝好試件，對(duì)以上工作進(jìn)行檢查。（3） 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，緩慢均勻地加載，直至試件被拉斷。關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)，記錄拉斷時(shí)的最大荷載值，取下試件和記錄紙。試驗(yàn)溫度：常溫試驗(yàn)項(xiàng)目：測(cè)定一個(gè)延性能A和三個(gè)強(qiáng)度性能Rm、ReH和ReL的測(cè)定斷后伸長率A的測(cè)定：（a） 人工方法，試驗(yàn)前在試樣平行長度上標(biāo)記出原始標(biāo)距（誤差W±l%）和標(biāo)距內(nèi)等分格標(biāo)記（一般標(biāo)記10個(gè)等分格）。試驗(yàn)拉斷后，將試樣的斷裂處對(duì)接在一起，使用軸線處于同一直線上，通過施加適當(dāng)?shù)膲毫σ允箤?duì)接嚴(yán)密。用分辨力不劣于0.1mm的量具測(cè)量斷后標(biāo)距，準(zhǔn)確到土0.25mm以內(nèi)。（b）圖解方法（包括自動(dòng)方法）用引伸計(jì)系統(tǒng)記錄力-延伸曲線，或采集力-延伸數(shù)據(jù)，直至試樣斷裂。讀取或判讀斷裂點(diǎn)的總延伸，扣除彈性延伸部分后得到的非比例延伸作為斷后伸長。扣除的方法是，過斷裂點(diǎn)作平行于曲線的彈性直線段的平行線交于延伸軸，交點(diǎn)即確定了非比例延伸。（c） 對(duì)于不經(jīng)機(jī)加工的等橫截面試樣，如平行長度比其標(biāo)距長許多，可以標(biāo)記多組相互套疊的原始標(biāo)距，部分可以伸入夾持范圍。拉斷后，在斷裂所在這組標(biāo)距上測(cè)定斷后伸長率。抗拉強(qiáng)度Rm的測(cè)定：試樣拉至斷裂，從拉伸曲線圖上確定實(shí)驗(yàn)過程中的最大力，或從測(cè)力讀盤上讀取最大力?？估瓘?qiáng)度按公式計(jì)算：Rm=F/Sb0上屈服強(qiáng)度ReH下屈服強(qiáng)度ReL的測(cè)定：圖解方法（包括自動(dòng)方法）引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)$l/2Lo。引伸計(jì)和試驗(yàn)同應(yīng)不劣于1級(jí)準(zhǔn)確度。記錄力-延伸曲線或力-位移曲線，或采集力二延伸（位移）數(shù)據(jù)，直至超過屈服階段。按照定義在曲線上判定上屈服力和下屈服力的位置點(diǎn)，判定下屈服力時(shí)要排除初始瞬時(shí)效應(yīng)的影響。上、下屈服力判定的基本原則如下：屈服前第一個(gè)峰值力（第一個(gè)極大力）判為上屈服力，不管其后的峰值力比它大或小。屈服階段中如呈現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的谷值力，舍去第一個(gè)谷值力（第一個(gè)極小值力），取其余谷值中力中之最小者判為下屈服力。如只呈現(xiàn)一個(gè)下降谷值力，此谷值力判為下屈服力。屈服階段中呈現(xiàn)屈服平臺(tái)，平臺(tái)力判為下屈服力。如呈現(xiàn)多個(gè)而且后者高于前者的屈服平臺(tái)，判第一個(gè)平臺(tái)力為下屈服力。正確的判定結(jié)果應(yīng)是下屈服力必定低于上屈服力。根據(jù)下屈服力和上屈服力計(jì)算出ReH和ReL。1.1.2系列溫度沖擊試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)：按照GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》的規(guī)定。取樣方向：橫向。實(shí)驗(yàn)步驟:a.選擇試樣，標(biāo)準(zhǔn)尺寸沖擊試樣長度為55mm,橫截面為10mmX10mm方形截面，在這樣長度中間有V型缺口。注意：對(duì)缺口的制備應(yīng)仔細(xì)，以保證缺口根部處沒有影響吸收能的加工痕跡。缺口對(duì)稱面應(yīng)垂直于試樣縱向軸線。V型缺口應(yīng)有45°夾角，其深度為2mm,底部曲率半徑為0.25mm。試樣應(yīng)緊貼試驗(yàn)砧座，錘刃沿缺口對(duì)稱面打擊試樣缺口的背面，試樣缺口對(duì)稱面偏離兩砧座間不大于0.5mm。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查擺錘空打時(shí)的回零差或空載能耗。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查砧座的跨距應(yīng)保證在40mm以內(nèi)。f.用擺錘一次打擊試樣。試驗(yàn)溫度：-120°C、-100°C、-80°C、-70°C、-40°C、-20°C、0°C、20°C及60°C。試驗(yàn)項(xiàng)目：沖擊功kv2的測(cè)定。剪切斷面率的測(cè)定：A） 測(cè)量斷口解理斷裂部分的長度和寬度，計(jì)算剪切斷面率。B） 使用標(biāo)準(zhǔn)斷口形貌圖與試樣斷口形貌進(jìn)行比較。C） 將斷口放大，并與預(yù)先制好的對(duì)比圖進(jìn)行比較，或用求積儀測(cè)量剪切斷面率（用100%減去解離斷面率）。D） 斷口拍成放大照片求積儀測(cè)量剪切斷面率（用100%減去解離斷面率）。E） 用圖像分析技術(shù)測(cè)量剪切斷面率。轉(zhuǎn)變溫度T、T的測(cè)定：通過T-K曲線得出。1.2選擇供貨狀態(tài)經(jīng)570±15°C消除熱應(yīng)力處理（以下簡(jiǎn)稱為SR處理，400C以上升降溫速度均為50C）的鋼板、鍛件進(jìn)行常溫拉伸和不同系列溫度沖擊試驗(yàn),重點(diǎn)確定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。本實(shí)驗(yàn)步驟，采用標(biāo)準(zhǔn)以及試驗(yàn)項(xiàng)目與供貨狀態(tài)的鋼板、鍛件進(jìn)行常溫拉伸和系列溫度沖擊試驗(yàn)的方法相同。落錘試驗(yàn)選用供貨狀態(tài)鋼板、鍛件，以及加SR處理的鋼板、鍛件，通過落錘試驗(yàn)，測(cè)定材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度。采用標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)及取樣按GB/T6803-2008，采用P試樣。P試樣 22P-1P-2R3it樣貯瓦T臥*士乩32C.a±LOiS.OiO.S50. 1.050-?±1b0兀①d土乩u]30_ai-E-S1J3.DzLS,5薛H長蟲iEO-fiS30-65坤酋定國A12-1612-16E2—U3. A城□艮揑％丸5總畀5統(tǒng)口JBEcRd|1.S-S.U1.01.9-2.6取樣方向：橫向。試驗(yàn)步驟：1）確定試驗(yàn)溫度，試驗(yàn)溫度一般是5°C的整數(shù)倍，首次試驗(yàn)溫度可以根據(jù)試驗(yàn)者的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)NDT溫度，后續(xù)試驗(yàn)溫度也可以根據(jù)試驗(yàn)者的經(jīng)驗(yàn)或參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦的溫度進(jìn)行。2） 提升錘頭升到預(yù)選的高度，錘頭的落差不小于1m。3） 放置試樣，將達(dá)到試驗(yàn)溫度的試樣迅速放置在砧座支撐臺(tái)上，砧座和錘頭對(duì)準(zhǔn)。4） 沖擊試樣，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)迅速釋放錘頭沖擊試樣，沖擊后檢查試樣狀態(tài)符合本試驗(yàn)方法規(guī)定的要求。5） 后續(xù)試驗(yàn)，根據(jù)上次試驗(yàn)結(jié)果，參考相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直至測(cè)出NDT溫度。試驗(yàn)項(xiàng)目：NDT。三、焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)焊接試板的制備、檢驗(yàn)參照NB/T47014-2011《承受設(shè)備焊接工藝評(píng)定》執(zhí)行，不同的力學(xué)性能測(cè)試按相應(yīng)的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。試板采用鋼板和鍛件橫向?qū)樱附臃椒ú捎檬止ず笚l電弧焊，預(yù)熱溫度100C，焊接線能量控制在30KJ/cm以下，焊后進(jìn)行570±15°CX4.5h（400C以上升、降溫速度均為50C）的SR處理。焊接接頭拉伸、彎曲1.1焊接接頭拉伸試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)：按照GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》的規(guī)定。取全厚度板狀試樣。試樣狀態(tài)：焊后SR狀態(tài)。試驗(yàn)溫度：常溫。試驗(yàn)項(xiàng)目：抗拉強(qiáng)度Rm。實(shí)驗(yàn)步驟以及抗拉強(qiáng)度Rm的測(cè)定已在前面介紹。1.2焊接接頭彎曲試驗(yàn)試驗(yàn)一般要求：試樣的制備應(yīng)不影響母材和焊縫金屬性能。采用標(biāo)準(zhǔn)：按照GB/T2653-2008規(guī)定，采用側(cè)彎試試樣。試樣狀態(tài)：焊后SR狀態(tài)。試驗(yàn)溫度：常溫。試驗(yàn)項(xiàng)目：觀察缺欠的類型和尺寸和彎曲角2焊接接頭系列溫度沖擊試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)：按照GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》的規(guī)定。試樣狀態(tài)：焊后SR狀態(tài)。試驗(yàn)沖擊缺口位置：焊縫金屬的缺口軸線位于焊縫中心線上，熱影響區(qū)（兩側(cè)）的缺口軸線應(yīng)最大限度通過熱影響區(qū)。試驗(yàn)溫度：-120°C、-100°C、-80°C、-70°C、-40°C、-20°C、0°C、20°C及60°C。試驗(yàn)項(xiàng)目：沖擊功KV2的測(cè)定，剪切斷面率的測(cè)定，轉(zhuǎn)變溫度T、T的測(cè)定。乙 VEVS測(cè)定步驟已在前面介紹。落錘試驗(yàn)選擇焊后SR處理（570±15°Cx4.5h）的焊接接頭，通過對(duì)焊縫金屬進(jìn)行落錘試驗(yàn)（焊縫金屬位于缺口軸線位置），測(cè)定其無塑性轉(zhuǎn)變溫度。采用標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)及取樣按GB/T6803-2008,采用P試樣。2試驗(yàn)步驟及測(cè)定已在前面敘述。四、 鋼板、鍛件及焊接接頭金相組織包括供貨狀態(tài)鋼板和鍛件、SR處理后鋼板和鍛件、以及焊接接頭焊后SR狀態(tài)焊縫中心、熱影響區(qū)的金相組織。五、 焊條的選用實(shí)驗(yàn)采用56mm厚09MnNiDR鋼板，分別使用W707DR（國產(chǎn)）、phoenixNi2（國外牌號(hào)國產(chǎn)）焊條焊接試驗(yàn)?zāi)康模壕C合分析下述試驗(yàn)結(jié)果，最終選用一種焊條。試驗(yàn)方法：手工焊條電弧焊。預(yù)熱溫度：100°C。1.對(duì)熔敷金屬進(jìn)行常溫拉伸和-70°C、-80C沖擊試驗(yàn)。采用標(biāo)準(zhǔn)：NB/T47018.2-2011《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第二部分：鋼焊條》。2選用30KJ/cm焊接線能量，對(duì)焊接接頭進(jìn)行常溫拉伸、彎曲和-70°C、-80C沖擊試驗(yàn)。采用標(biāo)準(zhǔn)：拉伸試驗(yàn)按照GB/T228-2002的規(guī)定，取全厚度板狀試樣。沖擊試樣按照GB/T229-2007規(guī)定。六、 鋼板焊接冷裂紋敏感性試驗(yàn)焊接裂紋敏感性試驗(yàn)時(shí)工藝焊接性中的直接模擬試驗(yàn)，它具有接近實(shí)際工況、直觀、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。一般常用焊接裂紋敏感性試驗(yàn)方法有1.斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)（GB/T4675.1-1984）。2.橫向可變拘束熱裂紋試驗(yàn)。3.層狀撕裂試驗(yàn)。4.鋼板插銷應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)法試驗(yàn)。1.冷裂紋敏感性試驗(yàn)

通過對(duì)鋼板焊接冷裂紋敏感性的評(píng)定試驗(yàn)，最終確定合適的焊前預(yù)熱溫度。鋼板焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^熱影響區(qū)最高硬度來定性評(píng)價(jià)鋼板抗冷裂紋性能。采用標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)及取樣按GB/T4675.5-1984《焊接性試驗(yàn)-焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法》，采用20mmX75mmX200mm和20mmX150mmX200mm兩種試樣。焊接方法：手工焊條電弧焊。預(yù)熱溫度：室溫、75°C、100°C硬度的測(cè)定：焊后至少要經(jīng)過12h才能取測(cè)量硬度的試樣，取后要盡快側(cè)試硬度。在室溫下，采用機(jī)械加工方法垂直切割焊縫的中部，然后在此斷面上取硬度的測(cè)量試樣，切割時(shí)，必須邊冷卻邊加工以免焊接熱影響區(qū)的硬度因斷面溫度的升高而降低。硬度測(cè)量試樣的檢測(cè)面經(jīng)研磨后，再加以腐蝕。劃一條既切于熔合線底部，又平行于試板軋制表面的直線，在此直線上每隔0.5mm進(jìn)行室溫下，載荷為10Kg的維氏硬度的測(cè)定。硬度測(cè)定試驗(yàn)的其他有關(guān)事項(xiàng)應(yīng)按《金屬維氏硬度試驗(yàn)法》的規(guī)定。鋼板斜Y型坡口焊接冷裂紋試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模憾ㄐ栽u(píng)價(jià)鋼板焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性。采用標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)及取樣按GB/T4675.1-1984《焊接性試驗(yàn)斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》的規(guī)定，采用56mmX150mmX200mm試樣。焊接方法：手工焊條電弧焊。預(yù)熱溫度：75°C、100°C、125°C。取樣方向：鋼板的橫向。試驗(yàn)步驟：1.按下圖組裝試件2M8 A!?拘束焊搐試竊焊縫拘車如縫2M8 A!?拘束焊搐試竊焊縫拘車如縫\TFTTT(('[(((((*i601An-n圖1試件的形狀和尺寸試驗(yàn)焊縫按圖2所示方法焊接匡1/ 心匡1/ 心1\)?((?,(</掏束卻縫 ■ . 一妙 _//扛束焊經(jīng)圖2采用手工焊時(shí)試驗(yàn)焊縫位置焊完的試件經(jīng)48h以后才能開始進(jìn)行裂紋的檢測(cè)和解剖。裂紋率計(jì)算：采用肉眼或其它適當(dāng)?shù)姆椒▉頇z查焊接接頭的表面和斷面是否有裂紋，并分別計(jì)算出表面裂紋率、根部裂紋率和斷面裂紋率。由于斜Y剖口對(duì)焊接裂紋試驗(yàn)接頭拘束很大，根部尖角又有應(yīng)力集中，所以試驗(yàn)條件比較苛刻。一般認(rèn)為在這種試驗(yàn)中若裂紋率不超過20%,那么在實(shí)際結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生裂紋。鋼板插銷應(yīng)力松弛試驗(yàn)法試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模憾康脑u(píng)價(jià)鋼板的冷裂紋敏感性，并測(cè)定各預(yù)熱溫度下的產(chǎn)生冷裂紋的臨界裂紋初應(yīng)力。采用標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)及取試樣按GB/T9446-1995《焊接用插銷冷裂紋試驗(yàn)方法》，試棒尺寸①8x100mm。焊接方法：手工焊條電弧焊。取樣方向：橫向。七、鋼板焊接線能量選擇試驗(yàn)在前面試驗(yàn)中已做焊條選用試驗(yàn)，擇焊接性能較好的焊條進(jìn)行下列試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模哼M(jìn)行較佳焊接線能量范圍的選擇，以確保球罐焊接接頭具有優(yōu)良的低溫韌性。采用標(biāo)準(zhǔn)：鋼板與鋼板焊接試件采用橫向?qū)?，其制作取樣及檢驗(yàn)參照NB/T47014-2011《承受設(shè)備焊接工藝評(píng)定》執(zhí)行。焊接試板尺寸：56mmx135mmx360mm,不對(duì)稱X坡口。焊接方法：手工焊條電弧焊，根據(jù)確定的預(yù)熱溫度預(yù)熱和200°CX1h后熱。鋼板焊接線能量：15?18KJ/cm、25?30KJ/cm、30?35KJ/cm、35~40KJ/cm。取樣位置：試樣軸線位于厚板的1/4處。缺口位置：焊縫金屬的缺口軸線位于焊縫中心線上，熱影響區(qū)的缺口軸線應(yīng)最大限度通過熱影響區(qū)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：按GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》分別進(jìn)行焊縫及熱影響區(qū)的-70°C、-80°C沖擊試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)定已在前文中敘