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奥氏体不锈钢中径管焊接工艺

南通职业大学技师学院 祝春兰 江苏南通 226007 2021/1/10 9:28:05

   摘要: 本文主要介绍SA213-TP304奥氏体耐热不锈钢中径管Ø159×7mm在焊接过程中存在的应力腐蚀开裂,焊缝成形不良所形成的缺陷和它们形成的主要原因,再根据焊接工艺评定,焊接工艺措施与实际应用中的效果,采纳的一些方法和措施。
   关键词: 奥氏体不锈钢;焊接缺陷;解决方法
   中图分类号:TG156.92;TG142.71 文献标志码:A
  
   前言:在检修焊接过程中经常遇到SA213-TP304奥氏体不锈钢的材料。SA213-TP304奥氏体不锈钢是美国试验材料协会标准(ASTM)用钢。主要用于锅炉过热器、再热器、化学补水管道等部件。在实际焊接工作过程中,发现焊缝根部易出现类似于未焊透的根部缺陷,这种所谓的未焊透实际上是合金元素的氧化、烧损造成的,在焊缝根部位置处,可发现有起皮问题,于此同时,金属组织表面具备松疏性特征。实际焊接环节,焊丝与母材熔合得比较困难。焊缝易有明显的如焊丝头状的夹渣物存在。本文具体分析了奥氏体不锈钢的焊接性能,改进了焊接工艺,焊后对焊缝进行外观检查没有发现裂纹、根部烧损、气孔,夹渣等缺陷。经历多次采用本方法施焊SA213-TP304钢外观质量取得了良好的效果。
   1 奥氏体耐热不锈钢焊接时存在的主要问题
   SA213-TP304奥氏体耐热不锈钢的主要化学成分见表1。
   表1奥氏体不锈钢的化学成分%
   钢 号 Cr C Ni P Si S Mn
   SA213-TP304 18.00-20.00 ≤0.08 8.00-11.00 ≤0.045 ≤1.00 ≤0.030 ≤2.00
   1.1 有产生焊接热裂纹的倾向
   由于奥氏体不锈钢导热性差,其电阻率是低碳钢的4倍;线膨胀系数大,约是低碳钢的2倍,这种情况下,当焊接局部发生冷却及加热情况时,会造成焊缝结晶,最终在较大拉应力的作用下,形成裂纹;此类型材质中会还有较多杂质,如硫、磷以及镍等,这些杂质元素在熔池中会产生新的共晶体,故含Ni量越高,则越容易产生热裂纹问题;这一类型的材质固相线及液相线通常存在较大的距离,不容易结晶,同时奥氏体结晶由于存在较强的枝晶方向性,因此会存在较严重的杂质偏析问题。以上原因的存在,使得奥氏体不锈钢容易产生裂纹。
   1.2 晶间腐蚀及475℃脆性
   奥氏体不锈钢众多破坏形式中,晶间腐蚀是极其危险的一种,它的特点是沿晶界开始腐蚀,从表面上看一般不容易发现,但它使受力管道焊接接头的机械性能显著下降,并且容易发生早期破坏,根据“碳化物析出,造成晶间贫铬理论,在450—850℃(范围内C和Cr易在奥氏体晶粒边界产生碳化铬,使得晶粒边界局部贫铬,晶界处的铬下降到12%以下,使得耐腐蚀性下降。此外,如奥氏体不锈钢焊缝长时间处于450~850℃环境状态下,很容易形成硬脆(HRC﹥60)金属间化合物。因为这种化合物的存在,阻断了晶间的联系,大大降低了该位置处的韧性以及塑性,同时抗晶间腐蚀性能也有所下降,也即475℃脆性。
   1.3 焊缝成形不良产生原因
   焊接过程中,焊缝中会存在较多的合金元素,降低了熔池的流动性,这是焊缝成形不良主要原因。这种情况下,根部位置处盖面焊道表面较为粗糙并且焊道的背面位置也成形较差。常温以及高温工况下,这一问题不会对焊缝性能产生明显的影响,不过在低温工况下,会出现应力集中问题,严重影响了焊缝性能质量。
   1.4应力腐蚀开裂
   产生该类型裂缝的主要原因为:特定腐蚀环境下,焊接接头受到拉伸应力影响进而出现开裂问题。应力腐蚀开裂主要发生位置是焊接接头位置,因此是较为严重的一种失效形式,具体表现形式为脆性破坏,不会发生塑性变形现象。
   2 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点
   SA213-TP304奥氏体耐热不锈钢的焊接要比珠光体耐热钢(12Cr1MoV)等钢的焊接复杂得多,这是因为焊接时不仅考虑焊接接头的一般强度问题,而且还要考虑焊接接头需具有的特殊性能,主要是抗晶间腐蚀能力,高温强度,以及抗氧化性能等。同时还要注意防止焊接过程中出现4750脆性。这些因素给SA213-TP304焊接带来一定的困难。
   2.1 正确选择焊接材料
   根据奥氏体不锈钢焊接的主要问题,需要正确选择焊接材料,可以选择超低碳焊丝或者焊条,主要是由于晶间腐蚀会随着含碳量的升高而增大,因此,通过降低焊缝含碳量可有效防止晶间腐蚀问题的发生,可在一定程度上提升焊缝耐晶间腐蚀能力。当奥氏体中溶解的碳≤0.03%时,不会产生碳化铬,因此,通常会保证焊丝碳的含量不超过0.04%,这也是超低碳的关键标准。在超低碳焊丝的良好应用下,有效控制了贫(未完,下一页

  

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