|
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）
|