双相钢焊接

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至德钢业双相不锈钢焊接工艺技术详细分析

来源:至德钢业 日期:2021-04-04 11:35:56 人气:339

 双相不锈钢具有良好的焊接性。本文就双相不锈钢焊接工艺进行了论述,以供同行参考。


一、双相不锈钢特性


  双相不锈钢在室温下固溶体中奥氏体和铁素体约各占半数(双相不锈钢2205铁素体含量应为30%~55%,典型值是45%左右),兼有两相组织特征,它保留了铁素体不锈钢导热系数大、线膨胀系数小、耐点蚀、缝隙及氯化物应力腐蚀的特点;具有奥氏体不锈钢韧性好、脆性转变温度较低、抗晶间腐蚀、力学性能好的优点。


  双相不锈钢比奥氏体不锈钢的屈服强度高近1倍,同样的压力等级条件下,可以节约材料。比奥氏体不锈钢的线性热膨胀系数低,与低碳钢接近。这使得双相不锈钢与碳钢的连接较为合适,具有很好的工程意义。常用的钢号有Cr18型、Cr23(无M 0)型、Cr22型。


二、双相不锈钢的焊接性


  双相不锈钢具有良好的焊接性,焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性都较小。通常焊前不预热,焊后不热处理。由于有较高的氮含量,热影响区的单相铁素体化倾向较小,当焊接材料选择合理,焊接线能量控制适当时,焊接接头具有良好的综合性能。


三、坡口型式


  不锈钢熔透性焊缝,外部第一层焊缝采用氩弧焊打底,其余焊层采用手工电弧焊填充盖面,直流反接。氩弧焊丝直径为Φ2.0,第二层焊及上部收口焊焊条采用Φ3.2,第三层焊条采用Φ4.0,其余各层焊缝采用焊条均为Φ4.0,(坡口及组对形式见图)。由于焊接热循环的影响,双相不锈钢焊接时要求与介质接触的焊道应先焊接,这一点与奥氏体不锈钢焊接顺序的要求恰恰相反。


四、工艺特点


(1)焊接时尽量选用小的热输入量,即在保证焊接质量的前提下采用小的焊接电流和较快的焊接速度。


(2)采用窄缝多道焊,层间温度小于150℃,施焊过程中焊条不作横向摆动。


(3)接触介质的焊缝要先焊,使最后一道焊缝移至非接触介质面,这样利用后道焊缝对先焊焊缝进行一次热处理,使焊缝和热影响区的单相铁素体组织部分转为奥氏体组织。


(4)该焊接技术方法主要针对双相不锈钢区别于普通钢材的一些特点,制定了一系列双相不锈钢的组对焊接质量保障措施,并配备相关检测设备,量化双相不锈钢焊口焊接施工中的一些控制指标,为保证双相不锈钢焊接质量尊定了坚实的理论基础。


五、焊接工艺参数


  焊接工艺通常应规定焊接线能量范围和最高的层间温度。线能量为110Kj/cm~215Kj/cm,层间温度控制在150℃以下。鉴于此,焊接工艺评定采用的焊接工艺参数见表1。


六、焊接操作要点


  a. 坡口的准备


 (1)焊件坡口出厂前以加工完成,质量必须符合图纸要求。


 (2)在焊接前使用丙酮对焊口表面150mm~200mm范围内进行认真清洗,要求目测管口显现金属光泽,保证没有油脂、油漆、氧化铁、Cu、Sn或其它任何可能影响焊接质量的物质存在。


  b. 焊口组对


 (1)焊口对接时与母材直接接触的工具、器具必须保证为不锈钢材质的材料。


 (2)焊口组对采用坡口定位块来保证组对间隙、坡口定位块必须采用与母材同材质的材料加工,并用丙酮认真清洗。


 (3)组对完成后检查组对间隙,要求保证在规范的允许范围内,测量工具必须使用不锈钢材料完成。


  c. 焊接


 (1)焊接操作必须严格执行焊接工艺评定后制作的焊接工艺规程中的各项要求。


 (2)根部焊接推荐使用钨极惰性气体保护焊(TIG)的方法打底,打底最小高度为5mm。


 (3)所有的内部角焊缝应使用钨极惰性气体保护焊。


 (4)钨极惰性气体保护焊时,根据材料厚度,输入热量应控制在0.8Kj/cm~1.5Kj/cm,层间温度最大为150℃摄氏度。焊接过程中输入热量和层间温度应被监测和记录。对于多层焊缝,填充焊道的电弧能量不得高于打底时的能量。其目的是使头道焊缝中得到最多的奥氏体组分和铁素体组分之间的平衡。同时在后续焊道的再加热下,尽可能少地二次结晶或二次奥氏体化。


 (5)应避免过多的焊条横向摆动和过宽的熔化池,以避免过大的电流输入和形成较高的残余应力。


 (6)钨极惰性气体保护焊的保护气是氩气加2.5%氮气。背面保护气应为99.9%的纯氩气。保护气应确保氧气和水份的含量不超过5ppm。保护气和背面保护气的正常流量大致为0.4m 3/h~0.7m 3/h。


 (7)不论使用何种接头形式,使用钨电极惰性气体保护焊的背面保护气是必须的。由于保护气的密度比空气小,保护气应由底部进入,顶部排出。


 (8)在使用氩弧焊时,应按照合适的长度和间隔进行定位焊。根部焊道不应从定位焊点起焊,为了避免由于定位焊点导致根部道出现裂纹,焊工应在定位点前中断根部焊道,在完全打磨掉该定位点后,继续根部焊道。


 (9)在定位焊和打底时,使用非铜垫板应保证其背面的保护氩气被完全保护起来。


 (10)当使用钨电极惰性气体保护焊时,焊炬应与工件保持垂直,尽可能的避免空气混入保护气中。


 (11)焊接金属包括焊丝和电极,应在任何时候保持干燥并存放在有盖的容器内。


 (12)内件应直接焊在覆层上。在焊接内件前,受影响的覆层区域应进行100%的超声波探伤,检查是否存在分层的缺陷。受影响的覆层区域为沿内件的轮廓线往外扩展100mm,在焊接内件之后,受影响的覆层区域应再进行100%的起声波探伤。受影响的覆层区域内分层缺陷是不允许出现的。为了方便在焊基层材料而去除覆层材料的区域应使用硫酸铜溶液检查,确定没有不锈钢残存在表面上。在焊接前,硫酸铜溶液应被完全清除。


 (13)根据焊工施焊前复查焊口组对的各项指标,确认符合焊接工艺规程要求的才能转入下道工序。


 (14)焊接地线采用不锈钢材料制成的卡具与母材接触,保证卡具与母材紧密接触,以避免电弧伤害母材。


 (15)点固定块时,TIG焊枪应朝向定位块一次打磨掉。


 (16)禁止对外观检查中发现的焊接缺陷使用不填丝TIG焊处理。


 (17)焊缝在测量层尖温度低于400℃时可以采用强制水冷的手段进行降温,但在下一层施焊前必须保证焊道表面的干燥,在使用GTAW进行根焊和热焊时禁止使用强制冷却的方法。


 (18)焊接过程中使用的热输入量必须控制在1.0Kj/cm~1.5Kj/cm之间,因而焊工必须针对自己所使用的焊接电流电压来控制自己的焊接速度在规定范围之内。


 (19)焊后使用F-2A铁素体仪进行铁素体含量检测,要求焊缝金属铁素体含量为30%~60%,热影响区铁素体含量为30%~70%,按照记录表严格要求在焊缝、热影响区及熔合线各测量6点,作详细记录。


 (20)焊口焊接结束后,使用白塑料布和交代对焊缝进行包裹保护,防止灰尘及雨水污染。


 (21)焊接过程中记录使用的参数,并计算焊接线能量。


       焊接线能量=U×I/1000V


       式中,U——电压(V);


       I——电流(A);


       V——焊接速度(mm/s)。


  d. 清洗


  (1)焊接后,按照不锈钢的清洗方法清洗焊缝。对于能够清洗的所有与介质接触的焊缝表面,在焊接之后都应该使用酸洗膏或其他经过验证的酸洗剂浸泡最少20分钟,然后用水清洗掉酸洗膏或酸洗剂。在这个过程中,应该清除所有的氧化物、锈蚀、氯化膜和现表面污垢,换热管的焊缝不进行酸洗。


  (2)当接触介质的焊缝表面不能清洗时,如接管的对焊缝,必须使用吹扫气体最大限度地清除保护焊缝背面用气体,吹扫气体中氧气和水份的含量不超过25ppm,以保证在不去除氧化物的前提下焊缝的最大抗汽蚀性。


  e. 焊缝检验


   微观断面检查和铁素体成分测定,焊缝隙、热影响区和母材断面进行的检验和测定。这个断面应采用微观检查,应显示一个平衡的结构,没有有害的晶粒边界沉淀或两相物存在。采用铁素体测量仪测定铁素体成分应控制在30%~60%范围内。



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