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發布時間:2024-08-30 瀏覽次數:45558次
不銹鋼材料目前在施工種廣泛應用,奧氏體不銹鋼作為其種一類材料,通過對其焊接工藝特點進行研究,分析奧氏體不銹鋼的性能特點和焊接性,選用與之相匹配的焊接工藝,結合焊接工藝評定試驗分析,確定了影響奧氏體不銹鋼焊接的各種重要變素,驗證焊接工藝的合理性。
1、常見不銹鋼焊接方法及工藝
不銹鋼主要包括當離子焊接、氬弧焊接、手工電弧焊和埋弧焊技術等。
1.1手工電弧焊
為了避免焊接接頭在危險溫度范圍停留較長時間而出現貧鉻區,避免接頭溫度過高而出現熱裂紋缺陷,應使用小電流快速焊方式應用在手工焊接不銹鋼當中,加強熔池保護,并防止基本金屬過熱,在具體焊接期間需要采用短弧焊接方式,不能形成橫向擺動,最 佳方式為窄焊道。
如果要實施多層焊接方式,則每焊完一層需要對熔渣進行徹底清除,對焊接缺陷處進行全面檢查,并采取有效處理措施。等到前道焊縫溫度降低到140℃左右時,再進行下一道焊接工序。在焊接期間需要全面按照“先焊接非工作面,后焊接與腐蝕介質直接接觸的工作面”的原則進行。
1.2氬弧焊
對于厚度較小的不銹鋼焊件而言,需要優先使用氬弧焊方式,該種焊接方式的優勢表現在良好的焊接熔池保護作用,焊接質量高、電弧穩定性強、熱量集中、無熔渣、焊接變形幅度小。在焊接之前需要使用夾具夾緊接頭或者進行固焊處理,徹底清理接頭25 mm范圍內的焊絲和工作面,還需要處理油污等雜質。在實際焊接期間,首先需要確保焊接質量,在此基礎之上加快焊接速度,避免焊縫當中存在氣孔,降低焊件變形幅度,避免焊接接頭熱量過高。
1.3埋弧自動焊
對于較厚焊件的平直焊縫而言,需要優先使用埋弧自動焊接方式,該種焊接方式能夠加強生產效率,在較大程度上提升焊接質量。然而,在焊接不銹鋼時如果采用埋弧自動焊方式,則需要嚴格按照構件的工作環境和化學成分合理選擇焊劑和焊絲。因為鋼電阻系數較大、導熱系數小,在焊接期間不能過成伸出焊絲,將其伸出長度控制在35 mm左右,在確保焊透前提下,需要盡量使用小電流快速焊接方式。
2、不銹鋼的特性
不銹鋼是指能耐空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其它腐蝕介質腐蝕的,具有高度化學穩定性的鋼種,這類鋼具有優良的耐蝕性、力學性能、工藝性能及很大的工作溫度范圍(-269℃至1050℃),適用于制造要求耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件和設備,廣泛應用于石油、化工、電力、儀表、食品、航空及核能等領域。
不銹鋼常按組織狀態分為:馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體(雙相)不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼等。另外,可按成分分為:鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等。
奧氏體型不銹鋼在不銹鋼中應用最廣(約占70%),它是在18%鉻鐵素體型不銹鋼中加入Ni、Mn、N等奧氏體形成元素而獲得的鋼種系列,根據加入元素鉻、鎳含量,可以分為以下幾種類型:18-8型鋼、18-12型鋼、25-20型鋼、鉻錳低鎳型。
3、不銹鋼的焊接性
奧氏體不銹鋼的抗拉強度高、塑性、韌性也好,但屈服點較低,相對于碳素鋼高溫強度高、耐氧化性好,適用于高溫使用,可作為耐熱鋼用,同時具有相當好的沖擊韌度。奧氏體不銹鋼比其它不銹鋼容易焊接,在任何溫度下都不會發生相變,對氫脆不敏感,在焊態下接頭具有較好塑性和韌性。具備良好可焊性,熱裂傾向小。
一般焊前不需預熱,焊后不需熱處理,可與碳鋼等進行異種鋼焊接。焊接的主要問題是:焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕和應力腐蝕等。同時因導熱性能差,線膨脹系數大,焊接應力和變形較大。
4、焊接工藝
4.1 坡口型式、坡口準備
奧氏體不銹鋼坡口型式應考慮焊接層數和填充金屬量,在保證工作效率的同時滿足焊縫的力學性能要求,對于全焊透對接接頭采用V型坡口,坡口角度為35±5℃。焊口組對前采用機械方法對坡口兩側15mm范圍內的氧化皮、油脂、雜質等進行清理。坡口的定位采用與正式焊接用的材料相同,組對完成后檢查組對間隙,符合技術規程要求的范圍。
4.2 焊接方法選擇
奧氏體不銹鋼因受其自身的冶金特性的制約,在選擇焊接方法時應遵循如下原則:
①避免使用過低或過高的焊接熱輸入。過低的線能量會使奧氏體相析出大量減少,甚至形成純鐵素體組織,工藝和使用性能大幅度降低。過高的熱輸入會使焊縫金屬晶粒粗大,韌性下降。適宜使用多層焊。
②避免使用熱處理。
③經濟性。在選用焊接方法時,應考慮其經濟合理,維修方便。
④奧氏體不銹鋼采用中性氣體保護焊時,會有部分N從熔池上部溢出,這會導致表面層富含鐵素體,降低了抗腐蝕性。根據奧氏體不銹鋼接頭形式、母材厚度、焊縫長度等不同,從工作效率高,焊接性能好,經濟性高考慮,可采用焊條電弧焊、惰性氣體保護焊、埋弧焊等多種方式。
4.3 層間溫度
為防止焊縫金屬中的合金元素在高溫下的燒損,嚴格控制層間溫度不能超過150℃。
4.4 焊接工藝控制要點
奧氏體不銹鋼焊接工藝控制要點如下:
①焊接時盡量選用較小的焊接熱輸入,即在保證焊接質量的前提下采用小的焊接電流和較快的焊接速度;
②控制焊接弧長,弧長應較短;
③層間溫度控制在要求的范圍內,避免焊接過程中的合金元素燒損;
④不允許在潮濕的試件上進行焊接,試件的溫度至少應為10℃,層間溫度不應高于150℃。
4.5 焊接工藝參數
奧氏體不銹鋼的焊接性能良好,熱裂紋和脆化傾向較小,為使焊縫和焊接熱影響區具有合適的奧氏體和鐵素體組織,保證焊接接頭具有良好的力學性能和耐腐蝕等性能,必須根據焊接工藝控制要點的要求控制焊接熱輸入、層間溫度,焊接過程中盡量降低弧長,切不可拉的太長,從而有效的防止合金元素的燒損以及有效的控制N元素過多的進入熔敷金屬而是使鐵素體含量降低,同時也避免了焊接過程中的高溫導致晶間腐蝕能力的降低。
5、焊接試驗分析
通過制備焊接試件:母材材質316L、直徑168mm,厚度12.7mm,坡口采用V型,焊接方法采用手工氬弧焊和手工焊條電弧焊聯合,焊絲采用H00Cr19Ni12Mo2(Φ2.0:電流80A-130A),焊條采用 A022(Φ3.2:電流100A-120A),焊接為水平固定平焊。
5.1 焊后檢驗
焊接完成后按照AWSD1.6-1999相關章節要求進行外觀檢查和射線檢驗,結果符合要求,未出現裂紋、夾渣、未融合、未焊透、咬邊等缺陷。
5.2 理化試驗
對焊接試件按照標準要求取樣,進行拉伸、彎曲、沖擊、宏觀腐蝕試驗、晶間腐蝕試驗及鐵素體含量測定,各項試驗結果滿足要求。
6、總結
嚴格按照焊接工藝規程中焊接參數焊接,控制層間溫度和焊接熱輸入,選用合適焊接填充材料,控制焊接弧長采用短弧,焊接接頭將具有良好的性能,滿足文件要求。
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