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12Cr2Mo1R鋼制封頭拼接焊縫性能研究

文檔作者：王智慧徐成姬平如生金峰劉源文檔來(lái)源： 1．機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞檢測(cè)所有限責(zé)任公司 2．上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月21日
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第44卷第6期
2015年11月
石油化工設(shè)備
PETRO—CHEMICAI EQUIPMENT
Vo1．44 No．6
NOV．201 5
文章編號(hào)：1000—7466(2015)06—0022 05
1 2Cr2Mol R鋼制封頭拼接焊縫性能研究
王智慧 ，徐 成。，姬平如 ，生金峰 ，劉 源
(1．機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞檢測(cè)所有限責(zé)任公司，上海 201518
2．上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司，上海 201518)
摘要：隨著我國(guó)制造技術(shù)的提升，承壓設(shè)備大型化成為發(fā)展趨勢(shì)，12Cr2MolR鋼制封頭越來(lái)越多
地需要拼接。將12Cr2MolR焊接接頭試件隨產(chǎn)品封頭一同進(jìn)行熱成型后，再經(jīng)正火加回火的恢
復(fù)材料性能熱處理。分別對(duì)最大模擬焊后熱處理及最小模擬焊后熱處理的試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、低
溫沖擊試驗(yàn)、步冷試驗(yàn)及金相檢驗(yàn)等試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證所選焊接工藝的可行性。試驗(yàn)結(jié)果表明，拼接焊縫
性能能夠滿足工程要求。
關(guān)鍵詞： 封頭；12Cr2MolR鋼；拼接焊縫；熱成型；熱處理
中圖分類號(hào)：TG457．11；TG115．5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10．3969／j．issn．1000—7466．2015．06．005
Study on Butt W eld Properties of 1 2Cr2M ol R Steel Head
W ANG Zhi—hui ，XU Cheng ，JI Ping—ru ，SHENG Jin—feng ，LIU Yuan
(1．Machinery Industry Shanghai Lanya Inspection Institute Co．Ltd．，Shanghai 201518，China；
2．Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co．Ltd．，Shanghai 201518，China)
Abstract：W ith the development of manufacturing technology，equipment enlargement has be—
came the tendency of manufacturing industry．For the 12Cr2MolR steel head，the butt weld will
be more essential to the head．After hot formation and normalization plus tempering heat treat—
ment together with the heads of manufacturing product，the M ax． PW H T M in． PW HT test
specimens were tested．And the feasibility of the welding procedure was checked by tensile test，
low temperature impact test，step cooling test，metal1ographic examination and SO on．The results
show that the butt weld was applicable to product．
Key words：head；12Cr2Mo1R steel；butt weld；hot formation；heat treatment
隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及制造能力的提升，
設(shè)備大型化逐步成為石油化工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。低
合金耐熱鋼12Cr2MolR具有較高的熱強(qiáng)性、抗氧
化性和極好的抗氫蝕能力，已成為臨氫環(huán)境下使用
的熱交換器及反應(yīng)器的材料首選口。]。
目前，受設(shè)備能力限制，原材料軋制寬度有限，
12Cr2MolR鋼制大型設(shè)備的封頭需要進(jìn)行拼接。
封頭拼接一般可采用拼接后整體成型或分瓣成型后
組焊的加工方法l4]。分瓣成型后組焊工藝復(fù)雜、效
率低且有可能需要2道以上的拼接焊縫，對(duì)高溫、高
壓環(huán)境下使用的熱交換器及反應(yīng)器一般是不允許
的。大多數(shù)容器制造單位都選擇先拼接后整體成型
的工藝進(jìn)行封頭拼接，熱成型后再進(jìn)行恢復(fù)性能熱
處理。
對(duì)12Cr2Mo1R焊縫，普遍認(rèn)為其經(jīng)熱成型再
進(jìn)行恢復(fù)性能熱處理后將無(wú)法達(dá)到焊縫原始性能要
求，需對(duì)原拼接焊縫進(jìn)行焊肉置換 ]，該工序既耗
時(shí)、費(fèi)力又增加成本。文中對(duì)經(jīng)熱成型再進(jìn)行恢復(fù)
性能熱處理后的12Cr2Mo1R拼接焊縫進(jìn)行了全面
性能測(cè)試，并通過(guò)試驗(yàn)分析研究了保留12Cr2Mo1R
收稿日期：2015—05—30
作者簡(jiǎn)介：王智慧(1983一)，女，甘肅隴西人，工程師，碩士，主要從事理化檢驗(yàn)工作。
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石油化工設(shè)備 2015年第44卷
從表3結(jié)果可以看出，所有元素均與母材接近，
滿足工程要求值。由于微量元素As、Sn、Sb及雜質(zhì)
元素P的存在，12Cr2MolR鋼及焊縫長(zhǎng)期在370～
565℃運(yùn)行時(shí)將有較大的回火脆性傾向ll ]，其影
響可參照12Cr2Mo1R鋼的回火脆性敏感性系數(shù)X
來(lái)衡量[I ]：
X一(10P+5Sb+4Sn+As)×10 ≤ 15 mg／L(1)
式(1)中元素含量相應(yīng)換算以mg／L代人計(jì)算，
如0．01Yo應(yīng)以100 mg／L代入。
將各數(shù)據(jù)代入式(1)計(jì)算得本試驗(yàn)試板焊縫的
X一9．3 mg／L，能夠滿足要求。
3．2 拉伸試驗(yàn)
對(duì)Min．PWHT及Max．PWHT這兩種模擬熱
處理狀態(tài)下的12Cr2MolR鋼焊接試板進(jìn)行焊接接
頭和全焊縫金屬的常溫以及525℃高溫拉伸試驗(yàn)，
具體的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 兩種模擬熱處理狀態(tài)下12Cr2MolR鋼試板拉伸試驗(yàn)結(jié)果
焊接接頭拉伸試樣的斷裂位置均在母材上，且
所有抗拉強(qiáng)度均高出母材標(biāo)準(zhǔn)GB／T 7l3 2008
《鍋爐和壓力容器用鋼板》_】陽(yáng)中所規(guī)定的最低抗拉
強(qiáng)度520 MPa。全焊縫金屬的常溫拉伸強(qiáng)度均稍高
于焊接接頭的拉伸強(qiáng)度，而全焊縫金屬的高溫拉伸
強(qiáng)度則與焊接接頭的拉伸強(qiáng)度基本相當(dāng)。由此試驗(yàn)
結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)熱成型及恢復(fù)性能熱處理之后，
焊接金屬的常溫及高溫拉伸強(qiáng)度完全能夠滿足工程
要求。
3．3 沖擊試驗(yàn)
對(duì)不同熱處理狀態(tài)焊接接頭的母材區(qū)、焊縫區(qū)
及熱影響區(qū)進(jìn)行一30。C的低溫沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果
見(jiàn)表5。
表5結(jié)果可以看出，焊接接頭各區(qū)低溫沖擊功
均較高，說(shuō)明經(jīng)過(guò)熱成型及恢復(fù)性能熱處理后，焊接
接頭仍然保持著良好的沖擊韌性。
表5 兩種模擬熱處理狀態(tài)下12Cr2MolR鋼試件-30℃ 沖擊試驗(yàn)結(jié)果 J
3．4 步冷試驗(yàn)及回火脆化傾向評(píng)定
由X一9．3 mg／L可知試板焊縫的回火脆性傾
向較小，為進(jìn)一步驗(yàn)證，采用分步冷卻法對(duì)1組經(jīng)
Min．PWHT的焊接接頭進(jìn)行了回火脆化傾向評(píng)定
試驗(yàn)。將試樣按圖3所示過(guò)程進(jìn)行分步冷卻熱處理
(s．c)，使其在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生最大的回火脆化，然后
分別對(duì)步冷試驗(yàn)前后的接頭焊縫區(qū)進(jìn)行系列低溫沖
擊試驗(yàn)，繪制出了步冷試驗(yàn)前后焊接接頭的回火脆
溫度
38
hll24 I．l46906 h
時(shí)間
圖3 Min．PWHT狀態(tài)12Cr2Mo1R試板焊接接頭分步
冷卻脆化處理過(guò)程
化溫度一沖擊功曲線，見(jiàn)圖4。試驗(yàn)得到Min．
PWHT后沖擊功為54 J的轉(zhuǎn)變溫度VTr54一
一99．6。C、步冷前后沖擊功為54 J的轉(zhuǎn)變溫度的增
量△VTr54— 5．9 ℃ ，VTr54+ 2．5△ VTr54===
一84．8。C<10。C，滿足工程要求。
試驗(yàn)溫度／℃
圖4 Min．PWHT狀態(tài)12Cr2Mo1R試板焊接接頭回火
脆化溫度一沖擊功曲線
3．5 金相檢驗(yàn)
對(duì)Max．PWHT狀態(tài)12Cr2MolR試板焊接接
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第44卷第6期
2Ol5年11月
石油化工設(shè)備
PETRO—CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．44 No．6
NOV．2015
文章編號(hào)：1000—7466(2015)06 0026—05
ANSYS常用管口機(jī)械載荷加載方法研究
谷 虹
(中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順 l13006)
摘要：在化工操作過(guò)程中，設(shè)備承受壓力、自重、風(fēng)載荷、地震載荷及管道管口附加作用力等載荷，
其中管口機(jī)械載荷對(duì)于設(shè)備強(qiáng)度的影響非常重要。特別是對(duì)一些大直徑、高溫、高壓或帶交變載荷
的設(shè)備，往往需要進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。常用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有WRC107法、WRC297法，隨著現(xiàn)代數(shù)值
模擬技術(shù)和計(jì)算水平的提高，采用大型有限元軟件ANSYS校核設(shè)備管口強(qiáng)度成為分析設(shè)計(jì)的重
要手段。詳細(xì)闡述了節(jié)點(diǎn)力方式、CERIG方式、RBE3方式、MPC184方式及接觸方式這5種管口
機(jī)械載荷加栽方式，對(duì)各種方法進(jìn)行比較得出了適合線性結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。
關(guān)鍵詞：管口；機(jī)械載荷；強(qiáng)度；有限元；分析；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TQ050．2；TE973．1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10．3969／j．issn．1000—7466．2015．06．006
Loading Spout M ethod Comm only Used in ANSYS M echanical Load
GU Hong
(HQCEC Liaoning Company，F(xiàn)ushun 113006，China)
Abstract：In the chemical operation，the device withstand the pressure，weight，wind loads，seis—
m ic loads，the nozzle pipes produce many other additional load force，wherein the spout m echanical
load strength of the equipment is very im portant．In particular，some large—diameter，high temper—
ature，high pressure or with alternating load devices often require analysis and design，al so require
analysis and design． The W RC107 and W RC297 are com monly used traditional design methods，
but with modern numerical simulation and calculation standards，the use of large finite elem ent
．+ ．．+ ．．+ + ．．+ ．．+ ．．+ ．．+ ．．+ ”+ ．．+ ”+ ”+ ．．+ “+ “+ ”+ ··+ ”+ ··+ ··+ ··+ ”+ ··+ ··+ ”+ ”+ “+ ”+ ”+ “+ ”+ ”+ “+ “+ ”+ u+ ?+一”+ -一+ “+ ”十”十”十”十”—'卜”—．-“— “十
[12] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)．焊接使用手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工
業(yè)出版社，2008：331．
(Chinese M echanical Engineering Society． Instruction
Manual for Welding[M]． Beij ing：China Machine
Press，2008：331．)
[】3]JB／'I、7556 l994，熱壁加氫反應(yīng)器用2 Cr-1Mo鋼
鍛件技術(shù)條件Es3．
[14]
(JB／T 7556- 1994，Specification of 2 Cr 1Mo Steel
Forgings Used for Hot W all H ydrogenation Reaction
Chamber[S~．)
Chande1 R，Orr R F，G-ianetto J A．The Mechanical
Properties of 2．25Cr一1M o W eld M etals Deposited by
the SAW—NG Process[J]．Materials for Energy Sys—
terns．1 985(7)：1 37一l46．
rl5]ASME SA一387／SA 387M 2013，壓力容器用鉻一鉬合
金鋼板Es3．
(ASME SA 387／sA一387M 201 3。Specification for
Pressure Vessel Plates，Alloy Steel，Chromium—M olyb
denum[S~．)
[16]GB／T 713?一2008，鍋爐和壓力容器用鋼板Es3．
(GB／T 7 1 3- 2008。Steel Plate for Boiler and Pressure
Vessels[S~．)
[17] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)．金相檢驗(yàn)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出
版社，2001：153—157．
(Chinese M echanical Engineering Society． M etallo—
graphic Examination[M]． Beij ing：China Machine
Press，2001：163 157．)
(張編)
收稿日期：2015 05—26
作者簡(jiǎn)介：谷虹(1983一)，男，遼寧撫順人，工程師，碩士，從事壓力容器設(shè)計(jì)工作。

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