CN201483165U - 低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 - Google Patents
低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 Download PDFInfo
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Abstract
低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特征是在2.25Cr-1Mo钢母材(1)的焊接接头坡口表面有一堆焊镍基合金层，在两侧焊接接头坡口的堆焊镍基合金层之间为镍基合金熔敷金属层。本实用新型能够使焊接接头本身的强度、塑性得到充分保证，同时具有较强抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及2.25Cr-1Mo钢对接接头的焊接结构。
背景技术
由美国石油学会提出的“Nelson”曲线是高温高压临氢设备选材的准则，根据操作温度和氢分压的相关数值，2.25Cr-1Mo成为加氢反应器、换热器的首选材料，此类设备因高压、直径大、温度高，所以设备的壁厚较厚，目前国内制造的加氢反应器的壁厚已达320mm，临氢系统介质具有极强的腐蚀作用，焊接接头的质量直接影响设备的安全运行，通常此类设备为了消除焊接残余应力需进行焊后热处理。
热壁加氢设备基层采用2.25Cr-1Mo材料，由于操作温度达400℃，正处于钢材的回火脆化温度范围，故工程上均采用有效的方法限制杂质元素的含量，来控制加氢设备材料的回火脆化。同时因耐腐蚀的需要，基层表面需堆焊不锈钢，其中过渡层为309L，表层为含铌(抗连多硫酸腐蚀)的347，2.25Cr-1Mo厚壁容器封筒环向对接接头常见结构如图1所示，是以2.25Cr-1Mo为母材1，2.25Cr-1Mo熔敷金属填充后形成焊缝金属2、母材1的内表面形成有不锈钢堆焊层3。
这类焊接接头熔敷金属的化学成分和力学性能均与母材相当。临氢系统介质具有极强的腐蚀作用，在应力条件下会产生应力腐蚀裂纹。2.25Cr-1Mo钢焊接具有的特性是：
1、焊接接头具有回火脆化倾向，当热影响区布氏硬度＞250时，脆性加大，易产生冷裂纹；
2、焊缝金属淬硬倾向大，该钢种在焊接过程中易形成马氏体组织，通过焊后热处理，使部分马氏体重新转变成奥氏体，同时也使残存马氏体经受一次回火处理，降低其硬度和脆性。
因此2.25Cr-1Mo钢焊接后消除焊接残余应力非常重要，我国标准GB150-1998《钢制压力容器》明确规定Cr-Mo合金钢制设备需进行焊后消除应力热处理。
对2.25Cr-1Mo钢制设备进行焊后热处理是消除焊接残余应力，避免应力腐蚀，降低焊接接头硬度，降低氢腐蚀敏感性的有效措施。但有些特殊的设备如换热器封筒对接接头可能无法进行进行整体热处理，如采用上述的焊接接头型式不进行热处理则焊接残余应力较大，将其应用于高温高压的临氢系统存在较大的风险。
实用新型内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种能够使焊接接头本身的强度、塑性得到充分保证，同时具有较强抗腐蚀性能的低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构。
本实用新型低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特点是在2.25Cr-1Mo钢母材的焊接接头坡口表面有一堆焊镍基合金层，在两侧焊接接头坡口表面的堆焊镍基合金层之间为镍基合金熔敷金属层。
本实用新型低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构的特点也在于：
所述位于2.25Cr-1Mo钢母材的焊接接头坡口表面的堆焊镍基合金层的厚度为10～14mm。
所述的镍基合金层选用ENiCrMo-3的合金材料。
不需要进行焊后热处理的设备主要是由奥氏体不锈钢和有色金属制造。这类钢材具有良好的冷、热加工及焊接性能，焊接成形时材料流动性好，不易产生较大的焊接残余应力，因而不需进行焊后消除应力热处理。显然，钢材焊接后不进行焊后消除应力热处理的关键除材料自身的可焊性外，熔敷金属的性能一定非常优秀，这样才能保证接头的性能衰减幅度受到控制。2.25Cr-1Mo焊接时的情况更是如此，需要考虑熔敷金属的耐腐蚀性，焊接接头熔合线表面碳元素是否易迁移，焊接接头的高温时效情况、高温强度，熔敷金属和基体金属的热导率、线胀系数等诸多因素。本实用新型通过试验验证，在众多的材料中遴选出ENiCrMo-3(AWS牌号)作为2.25Cr-1Mo的填充金属，它们的化学成分、力学性能、物理性能分别见表1、表2、表3：
表1化学成分(重量百分比)
| 材料 | Ni | C | Mn | Fe | P | S | Si | Cr | Nb | Mo | 其他 |
| 2.25Cr-1Mo | - | ≤0.15 | 0.30～0.60 | 平衡项 | ≤0.010 | ≤0.010 | ≤0.10 | 2.0～2.5 | - | 9.0 | - |
| Inconel625熔敷金属 | ≥55.0 | 0.10 | 1.0 | 7.0 | 0.03 | 0.02 | 0.75 | 20.0～23.0 | 3.15～4.15 | 8.0～10.0 | 0.50 |
表2力学性能
表3物理性能
| 材料类型 | 常温密度kg/m3 | 熔点范围℃ | 常温弹性模量MPa | 常温热膨胀系数×10-6/℃ |
| 2.25Cr-1Mo | 7850 | ～1500 | 205000 | 11.6 |
| Inconel 625 | 8400 | 1370～1425 | 214000 | 12.2 |
由表1～表3可知牌号为AWS ENiCrMo-3和2.25Cr-1Mo钢弹性模量和热膨胀系数较接近，因此焊接时产生的温度应力较小。镍元素为石墨化元素，能有效地抑制碳迁移，高含量镍元素能较好地控制因稀释在熔合区产生的脆性组织，其高塑性对于缓解近焊缝区的应力有较大益处。Mo元素可提高钢的高温强度，改善钢的韧性以及增强抗氢腐蚀能力，能提高钢材抗有机酸还原性介质腐蚀和抗应力腐蚀的能力。Cr元素可提高钢的耐腐蚀性和热强性，使钢具有优良的抗高温氧化性和耐氧化性介质腐蚀的性能。因此，在设备不能进行热处理的情况下，采用ENiCrMo-3作为2.25Cr-1Mo钢材对接接头的填充金属是切实可行的。
与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
1、本实用新型采用高互溶性的焊接材料，使金属焊接过程中的组织均匀，有效避免了裂纹的产生和脆性相的析出，使焊接接头本身的强度、塑性得到充分保证，同时具有较强的抗腐蚀性能。
2、本实用新型可以在加氢裂化装置高压换热器的制造过程中得到应用，使设备的更新换代成为可能，合乎相关规范的规定。
3、本实用新型可以在某些不具备热处理条件的现场安装中进行采用。
4、本实用新型可以在现场修复中进行采用，随着我国石油化工事业的飞速发展，临氢设备装置越来越多，采用本实用新型可以在现场快速有效地对设备进行修复，缩短检修周期，降低检修成本。
5、本实用新型可以广泛地应用在现场不具备热处理条件的Cr-Mo钢焊接，在役设备2.25Cr-1Mo钢焊接接头缺陷的修复，Cr-Mo钢管道的对接焊接等多种场合中。
附图说明
图1为已有技术结构示意图。
图2为本实用新型结构示意图。
图中标号：1母材、2a堆焊镍基合金层、2b镍基合金熔敷金属层。
以下通过具体实施方式，结合附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见图2，本实施例是在2.25Cr-1Mo钢母材1的焊接接头坡口表面有一堆焊镍基合金层2a，在两侧焊接接头坡口的堆焊镍基合金层2a之间为镍基合金熔敷金属层2b，母材1的内表面形成有不锈钢堆焊层3。
具体实施中，首先是在2.25Cr-1Mo钢母材1焊接接头坡口表面形成ENiCrMo-3、10～14mm厚度的堆焊镍基合金层2a，再用表面无损检测方法检测堆焊层的质量，确认堆焊质量合格后，再用ENiCrMo-3在两侧焊接接头坡口的堆焊镍基合金层2a之间形成镍基合金熔敷金属层2b，将接头焊接在一起。这种焊接结构成型好，焊接残余应力低，不仅具有良好的强度、塑性和韧性，同时其高温性能和耐腐蚀性能都很优越。焊接接头对母材内表面的不锈钢堆焊层3的性能没有影响。
Claims (3)
1.低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特征是在2.25Cr-1Mo钢母材(1)的焊接接头坡口表面有一堆焊镍基合金层(2a)，在两侧焊接接头坡口表面的堆焊镍基合金层(2a)之间为镍基合金熔敷金属层(2b)。
2.根据权利要求1所述的低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特征是所述位于2.25Cr-1Mo钢母材(1)的焊接接头坡口表面的堆焊镍基合金层(2a)的厚度为10～14mm。
3.根据权利要求1所述的低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特征是所述的镍基合金层选用ENiCrMo-3的合金材料。
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