[发明专利]低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构

说明书

技术领域

本发明涉及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6B150-1998《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。

发明内容

本发明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。

本发明低焊接残余应力的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的堆焊镍基合金层之间 为镍基合金熔敷金属层。

本发明低焊接残余应力的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。本发明通过试验验证，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)