AIP液氧储槽材料及焊接工艺研究.pdf

Welding Technology Vol 29 No 4 Aug 2000
?试验与研究?7
义章繃号:1002-025X(20004-0007-03
AIP液氧储槽材料及焊接工艺研究
王海兵
上海交通人学材料科学与程学院,上海200030)
摘要:根据技术合作协议书要求,对液氧储槽的母材及焊材进行合理选择,通过抗热裂纹试验、焊接接头低温性能测定、落锤试
验、模拟 CCHAZ试样低温冲击试验并结合做观分析,研究了SUS304不锈钢于弧焊、坦弧焊焊材的选择和最住工艺参数的确定,同
时述研究了线能量及焊接热输入对微观组织抗热裂性和接头性能的影响
关键词:SUS304:热裂纹; CGHAZ;微观组织;焊接⊥艺
中图分类:TG442
文献标识:B
中规定SUS304(OC-19Ni9)、SUS316(O0Cr17Ni12Mo2)
1焊接材料及焊接方法的选择
允许使用到-253.15℃,SUS304L(00Cr19Nil1)
对低温状态工作的材料要求可归纳如下
S316L(O0Cr17Ni14Mo2)允许使用到-268.95℃。
①为尽可能増大有效载荷,必须有高的比强度。艇用液氧储槽工作温度-183℃,改选用SUS304奥
2材料的低温韧性好,低温不脆断,有良好的阻氏体不锈钢作为液氧储糟的用材。
止裂纹产生和扩展的能力,从低温构件安全可靠性来
奥氏体不锈钢作为低温用钢,其焊按时易产生热
说,韧性是最重要的性能指标。静抗拉试验中测得的裂纹,焊接接头低温性能是否满足要求,与焊接方
延仲率和断面收缩率是表征材料变形能カ的塑性指法、焊接材料、焊接工ど有关。
标,普遍米用V形缺口夏比冲击试验考核材料及焊接1.1焊接方法及焊接材料
接头的低温韧性。根据低温压力容器ASTM规范,纵1.1.1焊条电弧焊(SMAW)
取样C=27J(作温度),横同取样Cv=21J(1
在我国,焊条电弧焊是焊接奥氏体不锈钢时最广
作温度)。亦可用缺口屈强比(ro/oo.2)>1来评判
泛应用的方法之一。对于AIP液氧储槽的制造,
3材料与工作环境的相容性,主要是指在使用条SMAW仪用于不規则焊缝、打底焊道及补焊中
件下不发生有害的化学反应、材料腐蚀或恶化
选用焊条A002(与瑞典伊萨公司的OK61.3相
(①良好的加工性能和焊接性能。
5经济性
1.1.2埋弧焊(SAW
材料的低温性能与材料的晶体结构密切相关。体
IP液氧储慒板厚40~45mm,采用SAW可以
心立方晶格的材料具有脆性转变温度。在脆性转変温提高生产效率,且可焊对接焊缝、环缝、角焊鏠,只
度以下,材料的缺口韧性急下降,产生脆断。材料要选择合适的焊材和合理的焊接工ど参数,控制道间
的脆性转变温度与材料化学成分、热处理状态、厚度温度,便可获得满足要求的焊接接头
有关。面心立方品格的材料通常不存在脆性转变温
本研究选用焊材HO0Cr21Nil0,b3.2mm;相当
度,广泛应用于低温构件和容器,材料最低工作温度于SWwS308L,国外制造液氧储罐亦用该材料。焊剂
与材料成分有关。
为SJ601(相当于瑞典 ESAB OK10.91,美国 Lincon
在低温技术中广泛应用的是Fe-Cr-Ni系的製氏ST-100)。
体不锈。300系列不锈钢随着温度下降,其屈服
强度和抗拉强度均增加,这是由于应变引起马氏体2试验结果
相变所造成,当该系列不锈倒C含量增加,由于C2.1焊条电弧焊的巴东试验
在低温下的强化效应,具有很好的低温韧性,不会
试验试板尺」12mmx130mmx250mm,材质
出现脆性转变温度,最然冲击功随温度降低而下SUS304奥氏体不锈钢,V形坡ロ角度75°,钝边2
降,但始终远远大于21J(该值在西方国家一些规mm(12mm厚试板比25mm厚试板抗裂性要求更
范和标准中被定为是否足以防止脆断的依据)。在
),拘東试板600mmx600mm×55mmo
些国家的标准规范中,对于各种低温材料用的温度
试验用焊条AO02、4mm,焊前200C烘干
范围有明确的規定。例如,日本的高压气体标准規范1~2h。先在试板的四周用A002焊上拘東焊缝,焊
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8?试验与研究?
焊按技术2000年8月第29卷第4期
脚K≥6mm,且保证焊缝间隙为2~3mm
小于1.50
试验焊缝的焊接工艺参数,U焊=24V,=110A,
SMAW、SAW工艺试板焊后目视检查,焊缝成
D界=17.5cm/mim,直流反接。
形好,未见咬边等缺陷。经着色檢査,焊接接头未见
焊后冷至室温,进行着色检査.焊缝表面及热影表面裂纹,X射线探伤,未见内部裂纹,焊道合格
响区粗晶区均未见裂纹。用机械加工方法去除拘東焊
用上述工艺试板做接头性能试验
缝,进行X射线探伤,焊缝及热影响区均未见裂3.2焊接接头低温性能测定
纹。沿垂直方向剖开焊缝、创光、平暦后观察未见裂
将上述工.艺试板按GB2649-89焊接接头力学
纹
性能试验取样方法取样
2.2埋弧焊抗热裂纹试验
按(B265089制条冲击试样,按(B2651-89
试板尺寸25mmx300mm×160m.v形坡口角制各抗拉试样,按GB2653-89制各正弯、背弯试
度30°,钝边12mm,拘東板厚55mm
样。试样在机加工过程中未见焊缝有夹渣、气孔,焊
先用焊条电弧焊在试板四周焊上拘東焊缝,焊缝缝HAZ有微裂纹,说明焊接材料、焊接工艺参数选
高12mm,保证试板之间间隙达到2~3mm。然后采择合理,焊接接头质量优良。
用b3.2 mm HOOCR21Ni10焊丝和SJ601焊剂焊接试
将抗拉、弯曲、冲击试样在液氮中(-196℃)浸
验焊道。焊接工艺参数U焊=34V,I=500~510A,
泡2h,然后分別在EW-60万能液压抗拉试验机上进
C解=65mm/min(当电流减小,g増大,即热输入減行抗拉、弯曲试验,在SI-C3沖击试验机上进行冲
小,不易产生裂纹)
击试验,试验结果见表1、表2。
焊后冷至室温,用碳弧气側去除拘束焊缝,进行
表1焊接按头抗拉试验结果
着色检査及X光射线探伤,在焊缝表面、热影响区「试样编サ焊接方法「线能编号
OM/ Mpa
及焊缝中未见热裂纹。将试样沿垂直于焊缝方向剖
1045,1034
迎弧焊
开,包创平、平磨,未见裂纹。
1040
可见采用00Cr21Ni10焊丝和SJ601焊剂焊接
1072,1082
3,4
弧焊
077
SUS304不锈钢时,采用上述焊接工ど参数能防止焊
焊条电弧焊
1147,1110,1155
接头中产生热裂纹。
l137
3焊接接头工艺试验及低温性能评定
表2焊接接头沖击试验结果
焊接工艺试板焊接工艺参数
试样编サ岸接方法」线能量编号」缺凵位?
俏/J
119,112,108
(I)SMAW
HAZ
113
试板尺寸25mmx150mm×500mm,米用反变形
4,5,6
4