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第38卷第3期
化工机械
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异类异种钢焊接问题及对策
周灵军
兰州兰石重型装备股份有限公司
摘要对第二类异种锅焊接后熔合线处易发生开的原因进行了分析,并提出了选用镍基合全焊材
的解决方。
关键词异种钢接镍基合全好材
中图分类号T026.7
文獻标识码B
文章编号02546094(2011)03-0375-02
石化行业压力容器焊制中经常会遇见异种的碳迁移,而经热处理的试板在熔合线靠堆焊层
钢的焊接间题。碳钢、碳锰钢和Cr-Mo钢这种纯一侧出现渗碳层(金相显微镜下显示为一条黑
铁素体类钢之间的焊接可称为第一类异种钢焊接带),在烯合线靠母材一侧出现脱碳层(图1)。
(同类异种钢焊接);铁素体钢和奥氏体不锈钢之
间的焊接则称为第二类异种钢焊接(异类异种钢
焊接)。第一类异种钢焊接接头在设备运行过程
中发生破坏的事例极少,而异种钢接头发生损坏
的基本上都属于第二类异种钢接头。
某公司制造的气化炉产品主売体材料为1.25
Cr-0.5Mo-Si钢(厚度120mm),接管为
母材
堆州层
1Cr18Ni9Ti锻件,其间全焊透的开坡口焊缝最初
采用了FE309L(Cr25Ni13)焊条焊接,消除应力热
a.堆焊态
处理后发现,在11个接管中有4个接管接头处有
裂纹,裂纹都发生在焊缝与Cr-Mo钢母材之间的
熔合线处,最严重的一条裂纹已沿整个焊缝厚度
裂穿。为此,笔者对该异种钢接头进行了相应的
焊接试验。
异种钢焊接试验
1.1堆焊试验
母材
堆焊层
准备1.25Cr-0.5Mo-Si钢试板(厚40mm)两
b,690℃x2h退火状态
块:一块采用E309L焊条进行表面堆焊,另一块
图1E309L.堆焊试板全相照片
用Ni112焊条堆焊。都堆焊两层后将试板一分为
b.用Ni112堆焊的一组试板,无论是焊态还
二,一块为焊后状态;另一块进行690℃×2h焊后是经690℃×2h焊后热处理的都没有发现明显的
热处理。试板堆焊层做剖面金相检验,结果发现:碳迁移现象。
a.采用了F3091.堆焊的试板在焊态条件1.2模拟产品结构的焊接试验
下,堆焊层与母材之间熔合线附近没有发现明显
用110mm厚的1.25Cr-0.5Mo-Si钢板,中间
周灵军、男,1968年1月生,工程师。甘省兰州市,730050。
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2011年
开孔加工出坡口然后将材料为188Ti的圆形锻
用奥氏体不锈钢焊条焊接低合金钢时,焊缝
件镶人开孔处,模拟产品壳体上接管焊接接头形金属是奥氏体组织,而母材是铁素体+珠光体。
式(图2),共制作两块。一块用E309L焊条焊接,二者在熔合区会产生很大的由于膨胀系数差引起
将坡口填满;另一块用Ni112焊条焊接,焊后经的热应力,这种热应力有时比焊接时的拘東应力
UT,RPT检测。两块试板均未发现超标缺陷。然影响还大,特别是由于碳扩散而形成的脱碳层对
而经690℃x8h的PHWT处理,再次进行UT检于热应力非常敏感,很容易造成焊接接头的破坏。
测时,发现用E309L焊条焊接的一块试板,在焊3返修工艺
缝与Cr-Mo钢母材熔合线处,有超标缺陷,而用
用镍基焊条焊接低合金钢时,由于熔敷金属
Ni112焊条焊接的试板未发现有缺陷。对有缺陷中有大量的Ni,而元素是石墨化元素,对碳的
的一块试板进行断面解剖,发现在焊缝熔合线靠溶解度低,可以有效地抑制碳自低合金母材向焊
母材一侧有宏观裂纹存在,类似剥离性质的缺陷,缝中迁移发生,因此在熔合线两侧基本上不存在
对其进行金相分析,裂纹发生于熔合线靠母材一增碳层和脱碳层。另外,镍基合金熔敷金属的热
侧的脱碳层处,而在裂纹与焊缝之间有一条渗碳膨胀系数接近于低合金钢。所以在熔合线处产生
层形成的黑带。
的热应力水平大大降低,且镍基合金与奥氏体不
锈钢之间虽然热膨胀系数存在差异,但没有碳迁
I 8r-8ti
移这种冶金上的问题,故产生破坏的几率非常小。
Cr-mo
在即将实施的新版JB/T4709-2007《压力容器焊
接规程》中也规定了这个问题。基于此,笔者制
定了产品返修的焊接工艺
对原存在裂纹缺陷的焊缝采用碳孤气刨
将原有焊肉清除干净。特别是靠近母材一侧要将
母材创掉2~3mm,然后用砂轮将刨槽瘤出金属
图2模拟接管焊接接头示意图
光泽,对槽表面进行T检测,至无缺陷为止。
2结果分析
b.采用Ni12焊条(3.2mm)对刨槽坡口
用E309L焊条焊接低合金钢时,由于焊缝和表面进行预边堆焊,雄焊层厚度大约为3~4mm,
母材化学成分存在巨大差异,在熔合区必定有一焊接电流90~110A,堆焊后砂轮磨光表面,再次
个成分浓度逐渐变化的过渡区,奥氏体焊缝金属进行PF检测,合格后用4m的Nil12焊条逐层
在这个区域内被稀释而生成马氏体状组织(马氏堆满坡口,焊接电流120-140A,此时注意控制层
体+碳化物),而在靠近母材一侧,由于C含量的间温度不高于150℃,多道多层窄焊道焊接,收弧
降低,会形成纯铁素体组织。
处一定堆满弧坑。
由于奥氏体不锈钢焊缝中的Cr对母材中的
c.焊后24h做PT、UT检测,然后按原工艺
碳有强烈的亲和力,特别是焊后热处理过程中会进行PWHT处理。出炉后再次对返修部位进行
造成碳的扩散和迁移,从而在熔合线两侧产生一UT,P。
个增碳层和脱碳层:增碳层的碳和Cr形成硬而脆4结束语
的Cr2C等碳化物,使该处的硬度非常高,韧性
用镍基合金焊材焊接异种钢接头,不会因碳
严重下降;脱碳层基本上是铁素体组织,发生软迁移问题和热膨胀系数差引起热应力而造成接头
化,在整个接头内形成了低强度的“缺口”,在拉损坏。对于第二类异种钢接头,建议焊后若需热
应力作用下易产生裂纹。特别应该指出的是,该处理、在高温或交变温度条件下工作时,尽量选用
脱碳层尤其对接头的高温持久强度和热疲劳强度镍基合金焊材。对已产生裂纹的气化炉产品,采
有很大的影响,在长期高温或在温度交变载荷下用镍基合金焊条返修补焊的措施,取得了满意的
工作时,此处易被优先氧化而丧失髙温下的强度,结果。
造成热疲劳裂纹。
(收稿日期:2010-08-11)
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