壓力容器用不銹鋼焊材選用

1. 奧氏體不銹鋼焊材選用

      奧氏體不銹鋼焊材的選擇原則是在無裂紋的條件下,保證焊縫金屬的耐蝕性能及力學性能與母材基本相當,或高于母材,一般要求其合金成分大致與母材成分匹配。對于耐蝕的奧氏體不銹鋼,一般希看含一定量的鐵素體,這樣既能保證良好的抗裂性能,又能有很好的抗腐蝕性能。但在某些特殊介質(zhì)中,如尿素設備的焊縫金屬是不答應有鐵素體存在的,否則就會降低其耐蝕性。對耐熱用奧氏體鋼,應考慮對焊縫金屬內(nèi)鐵素體含量的控制。對于長期在高溫運行的奧氏體鋼焊件,焊縫金屬內(nèi)鐵素體含量不應超過5%。讀者可根據(jù)Schaeffler圖,按焊縫金屬中的鉻當量和鎳當量估計出相應的鐵素體含量。

2. 鐵素體不銹鋼焊材選用

      鐵素體不銹鋼焊材基本上有三類:1)成分基本與母材匹配的焊材;2)奧氏體焊材;3)鎳基合金焊材,由于其價格較高,故很少選用。鐵素體不銹鋼焊材可采用與母材相當?shù)牟牧?但在拘束度大時,很輕易產(chǎn)生裂紋,焊后可采用熱處理,恢復耐蝕性能,并改善接頭塑性。采用奧氏體焊材可免除預熱和焊后熱處理,但對于不含穩(wěn)定元素的各種鋼,熱影響區(qū)的敏化仍然存在,常用309型和310型鉻鎳奧氏體焊材。對于Cr17鋼,也可用308型焊材,合金含量高的焊材有利于進步焊接接頭塑性。奧氏體或奧氏體一鐵素體焊縫金屬基本與鐵素體母材等強,但在某些腐蝕介質(zhì)中,焊縫的耐蝕性可能與母材有很大的不同,這一點在選擇焊材時要留意。

3. 馬氏體不銹鋼焊材選用

      在不銹鋼中,馬氏體不銹鋼是可以利用熱處理來調(diào)整性能的,因此,為了保證使用性能的要求,特別是耐熱用馬氏體不銹鋼,焊縫成分應盡量接近母材的成分。為了防止冷裂紋,也可采用奧氏體焊材,這時的焊縫強度必然低于母材。

      焊縫成分同母材成分相近時,焊縫和熱影響區(qū)將會同時硬化變脆,同時在熱影響區(qū)中出現(xiàn)回火軟化區(qū)。為了防止冷裂,厚度3mm以上的構(gòu)件往往要進行預熱,焊后也往往需要進行熱處理,以進步接頭性能,由于焊縫金屬與母材的熱膨脹系數(shù)基本一致,經(jīng)熱處理后有可能完全消除焊接應力。

      當工件不答應進行預熱或熱處理時,可選擇奧氏體組織焊縫,由于焊縫具有較高的塑性和韌性,能松弛焊接應力,并且能較多地固溶氫,因而可降低接頭的冷裂傾向,但這種材質(zhì)不均勻的接頭,由于熱膨脹系數(shù)不同,在循環(huán)溫度的工作環(huán)境下,在熔合區(qū)可能產(chǎn)生剪應力,而導致接頭破壞。

      對于簡單的Cr13型馬氏體鋼,不采用奧氏體組織的焊縫時,焊縫成分的調(diào)整余地未幾,一般都和母材基體相同,但必須限制有害雜質(zhì)S、P及Si等,Si在Cr13型馬氏體鋼焊縫中可促使形成粗大的馬氏體。降低含C量,有利于減小淬硬性,焊縫中存在少量Ti、N或Al等元素,也可細化晶粒并降低淬硬性。

      對于多組元合金化的Cr12基馬氏體熱強鋼,主要用途是耐熱,通常不用奧氏體焊材,焊縫成分希看接近母材。在調(diào)整成分時,必須保證焊縫不致出現(xiàn)一次鐵素體相,因它對性能十分有害,由于Cr13基馬氏體熱強鋼的主要成分多為鐵素體元素(如Mo、Nb、W、V等),為保證全部組織為均一的馬氏體,必須用奧氏體元素加以平衡,也就是要有適當?shù)腃、Ni、Mn、N等元素。馬氏體不銹鋼具有相當高的冷裂傾向,因此必須嚴格保持低氫,甚至超低氫,在選擇焊材時,必須要留意這一點。

壓力容器用不銹鋼焊接要點

1. 奧氏體不銹鋼焊接要點

      總的來說,奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性。幾乎所有的熔化焊接方法均可用于焊接奧氏體不銹鋼,奧氏體不銹鋼的熱物理性能和組織特點決定了其焊接工藝要點。

① 由于奧氏體不銹鋼導熱系數(shù)小而熱膨脹系數(shù)大,焊接時易于產(chǎn)生較大的變形和焊接應力,因此應盡可能選用焊接能量集中的焊接方法。

② 由于奧氏體不銹鋼導熱系數(shù)小,在同樣的電流下,可比低合金鋼得到較大的熔深。同時又由于其電阻率大,在焊條電弧焊時,為了避免焊條發(fā)紅,與同直徑的碳鋼或低合金鋼焊條相比,焊接電流較小。

③ 焊接規(guī)范。一般不采用大線能量進行焊接 。焊條電弧焊時,宜采用小直徑焊條,快速多道焊,對于要求高的焊縫,甚至采用澆冷水的方法以加速冷卻,對于純奧氏體不銹鋼及超級奧氏體不銹鋼,由于熱裂紋敏感性大,更應嚴格控制焊接線能量,防止焊縫晶粒嚴重長大與焊接熱裂紋的發(fā)生。

④ 為進步焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能,焊接時,要特別留意焊接區(qū)的清潔,避免有害元素滲透焊縫。

⑤ 奧氏體不銹鋼焊接時一般不需要預熱。為了防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長大及碳化物的析出,保證焊接接頭的塑、韌性和耐蝕姓,應控制較低的層間溫度,一般不超過150℃。

2. 鐵素體不銹鋼焊接要點

      鐵素體不銹鋼的鐵素體形成元素相對較多,奧氏體形成元素相對較少,材料淬硬和冷裂傾向較小。鐵素體不銹鋼在焊接熱循環(huán)的作用下,熱影響區(qū)晶粒明顯長大,接頭的韌性和塑性急劇下降。熱影響區(qū)晶粒長大的程度取決于焊接時所達到的最高溫度及其保持時間,為此,在焊接鐵素體不銹鋼時,應盡量采用小的線能量,即采用能量集中的方法,如小電流TIG、小直徑焊條手工焊等,同時盡可能采用窄間隙坡口、高的焊接速度和多層焊等措施,并嚴格控制層間溫度。

      由于焊接熱循環(huán)的作用,一般鐵素體不銹鋼在熱影響區(qū)的高溫區(qū)產(chǎn)生敏化,在某些介質(zhì)中產(chǎn)生晶間腐蝕。焊后經(jīng)700~850℃退火處理,使鉻均勻化,可恢復其耐蝕性。

      普通高鉻鐵素體不銹鋼可采用焊條電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊焊等熔焊方法。由于高鉻鋼固有的低塑性,以及焊接熱循環(huán)引起的熱影響區(qū)晶粒長大和碳化物、氮化物在晶界集聚,焊接接頭的塑性和韌性都很低。在采用與母材化學成分相似的焊材且拘束度大時,很易產(chǎn)生裂紋。為了防止裂紋,改善接頭塑性和耐蝕性,以焊條電弧焊為例,可以采取下列工藝措施。

① 預熱100 ~ 150℃左右,使材料在富有韌性的狀態(tài)下焊接。含鉻越高,預熱溫度應越高。

② 采用小的線能量、不擺動焊接。多層焊時,應控制層間溫度不高于150℃,不宜連續(xù)施焊,以減小高溫脆化和475℃脆性影響。

③ 焊后進行750 ~ 800℃退火處理,由于碳化物球化和鉻分布均勻,可恢復耐蝕性,并改善接頭塑性。退火后應快冷,防止出現(xiàn)σ相及475℃脆性。

3. 馬氏體不銹鋼焊接要點

      對于Cr13型馬氏體不銹鋼,當采用同材質(zhì)焊條進行焊接時,為了降低冷裂紋敏感性,確保焊接接頭塑、韌性,應選用低氫型焊條并同時采取下列措施:

① 預熱。預熱溫度隨鋼材含碳量的增加而進步,一般在100℃ ~ 350℃范圍內(nèi)。

② 后熱。對于含碳量較高或拘束度大的焊接接頭,焊后采取后熱措施,以防止焊接氫致裂紋。

③ 焊后熱處理。為改善焊接接頭塑、韌性和耐蝕性,焊后熱處理溫度一般為650℃ ~ 750℃,保溫時間按1h / 25mm計。對于超級及低碳馬氏體不銹鋼,一般可不采取預熱措施,當拘束度大或焊縫中含氫量較高時,采取預熱及后熱措施,預熱溫度一般為100℃ ~ 150℃,焊后熱處理溫度為590 ~ 620℃。

      對于含碳量較高的馬氏體鋼。或在焊前預熱、焊后熱處理難以實施,以及接頭拘束度較大的情況下,工程中也可用奧氏體型的焊材,以進步焊接接頭的塑、韌性,防止產(chǎn)生裂紋。但此時焊縫金屬為奧氏體組織或以奧氏體為主的組織時,與母材強度相比實為低強匹配,而且焊縫金屬與母材在化學成分、金相組織、熱物理性能、力學性能差別很大,焊接殘余應力不可避免,輕易引發(fā)應力腐蝕或高溫蠕變破壞。

 

來源：網(wǎng)絡

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