摘 要：本文介绍了低温（-50℃）乙烯球罐制造和焊接技术，制定了球罐制造工艺流程和球壳板成形工艺，通过试验确定了焊接预热温度、层间温度和后热温度，并正确选择了焊接材料。制定了乙烯球罐的焊接工艺规范，并成功地完成了低温（-50℃）乙烯球罐的制造和焊接。
1、球罐主要技术参数与执行标准规范
1500m3低温（-50℃）乙烯球罐，由中石化集团上海工程公司设计。该球罐设计压力为2.2MPa, 设计温度为-45℃（实际供货要求为-50℃），球瓣厚度为44mm，球瓣材料采用日本新日铁公司新研制的σs≥500MPa低焊接裂纹敏感性钢板N- TUF490。乙烯球罐设计的主要技术参数见表1。
钢板N-TUF490有良好的焊接性能（Pcm≤0.25%）和高韧性（钢板的横向试样Akv-50℃≥47J），在国内球罐行业中属首次使用。球罐的接管锻件采用国产08MnNiCrMoVD材料加工而成，该08MnNiCrMoVD锻件制造已基本达到国际水平，是高参数球形储罐的一个较理想的锻件钢号，迄今世界上只有日本和我国有这种钢。国产08MnNiCrMoVD锻件横向试样-50℃Akv≥47J， 韧性指标达到设计要求，且质量稳定，这样既降低了建设成本，也保护了国内民族工业的发展。采用国产08MnNiCrMoVD锻件，这在国内低温-50℃球罐行业中也属首次尝试。
球罐设计、制造、安装、验收分别按当时执行的标准《压力容器安全技术监察规程》、《钢制压力容器》（GB150）、《钢制球形储罐》（GB12337） 和《球形储罐施工及验收规范》（GB50094）等来进行。
2、材料性能
2.1 钢板、锻件
首次应用于1500m3低温（-50℃）乙烯球罐的N-TUF490钢板和08MnNiCrMoVD锻件交货状态（正火）及SR状态下的化学成分和力学性能如表2~表5。
2.2 焊材
（1）焊条 根据低温球罐焊接接头要求等屈服、等强度和等韧性的指导原则，因此在焊材选择方面充分考虑熔敷金属的屈服强度（σs）、 抗拉强度（σb）、延伸率（δ5）及冲击韧性（Akv）与母材相匹配，焊条采用日本L-60LT牌号, 其熔敷金属化学成分和力学性能见表6和表7。
（2）焊丝 法兰和接管对接焊缝为氩弧焊, 采用日本牌号YT-60的焊丝，其性能如表8和表9。
3、焊接工艺的评定
在工艺参数初步选择后，要对所选工艺参数（即预热温度、后热温度、线能量及焊接工艺）作确定。一般来说通过焊接性试验，如Y型坡口对接裂纹试验、窗形拘束对接裂纹试验等来做进一步验证。
通过焊接性试验，证明在所用工艺下不会出现异常组织及裂纹。但是焊接接头是否满足使用性，即其强度、韧性、塑性、致密性等还得进行焊接工艺评定试验。并按《钢制压力容器焊接工艺评定》（JB4708-2000）的规定执行。
3.1球壳板与人孔、接管的对接焊评定
试板材料一块用08MnNiCrMoVD锻件，另一块用经SR处理的球壳板组成，试板尺寸为600mm ×300mm，厚度与球壳板材料相同。坡口采用不对称X形进行手工电弧焊焊接，焊条为L-60LT，线能量18kJ/cm。焊后进行了580℃±10℃ 保温3.6h的焊后热处理，并按JB4708标准对焊缝金属及焊缝热影响区进行拉伸、弯曲试验、冲击等试验，其结果如表10。
3.2接管与法兰的对接焊评定
接管与法兰均采用08MnNiCrMoVD锻件，且为单面焊双面成形结构，因而采用氩弧焊方法施焊，焊丝为YT-60，试板为7.5mm，焊接后采用同规范热处理，其试验结果如表11。
通过以上数据表明，焊缝金属及焊缝热影响区的低温（-50℃）的冲击功偏低，但总的来说试验结果是合格的，同时也证明了国产锻件的性能也是较好的。如果在焊接工艺参数选择和确定时，比如预热温度、层间温度、线能量的控制要求更严格些，那么焊接效果会更理想。
4、球罐焊接
4.1焊接的规范
焊接规范是决定焊缝质量的关键，它确定了焊接速度和线能量的大小，且来自于焊接试验结果和焊接工艺评定，焊接规范的内容主要是焊接层次和焊接工艺参数。具体焊接工艺参数如表12。
球罐焊接的预热、后热及保持层间温度是消除焊接应力、降低冷却速度、解决焊缝扩散氢的积聚、避免产生焊接裂纹、保证球罐焊接质量不可缺少的重要的工艺措施。根据钢材的性质以及焊接条件和气候条件，对预热温度作了如下规定，见表13。
后热温度为250℃左右，后热时间为1h，对于低温高强钢而言，根据实际情况，提高了后热温度和保温时间，后热温度的提高，对扩散氢的逸出是有益的。
4.2 接管人孔组焊
人孔凸缘的坡口型式与球罐对接焊缝的坡口型式相同，如图1。
焊接时，先焊大坡口面的焊缝，各层各道的排列均匀适当，避免产生夹渣和咬肉等缺陷。大坡口面焊缝焊完后，在小坡口面进行气刨清根、打磨、磁粉或渗透探伤，合格后再焊小坡口面的焊缝。焊接时要经常测量温度，控制层间温度不超过预热温度，焊缝焊完后应立即进行后热消氢处理。人孔凸缘的焊接层次如图2。
4.3 插管角焊缝焊接
由于插管角焊缝的内在焊接质量往往会被忽视，产生夹渣、气孔、收缩裂纹等缺陷，因而必须严格把关焊接规范，并重视开孔的质量。一般采用氧乙炔切割，坡口角度多采用55°± 5°，并且接管组装前要打磨坡口，使之露出金属光泽。确保焊缝在焊接时焊透。插管角焊缝的开孔要求和焊接层次如图3所示。
（b）焊接顺序
图3 插管角焊缝焊接坡口和焊接顺序
5、结束语
制造安装完成的1500m3低温（-50℃）乙烯球罐已经运行多年，未出现任何制造和焊接方面的质量问题。通过试验确定的焊接预热温度、层间温度和后热温度，选择的焊接材料，以及根据焊接工艺评定确定了合理的焊接工艺参数，确保了低温（-50℃）乙烯球罐的焊接质量，制定的球罐安装制造工艺流程和球壳板成形工艺，是球罐制造成功的重要基础。
上海市安装工程集团有限公司 江 强
文章来源：现代焊接
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