碳鋼和奧氏體不銹鋼管道焊材選用研究分析
現(xiàn)如今,機(jī)械設(shè)備制造安裝行業(yè)中碳鋼和奧氏體不銹鋼異種鋼焊接日漸增多,雖可在不增加投資經(jīng)費(fèi)情況下大大提升安全系數(shù),但異種鋼焊接的不足也日漸突出,這主要與焊材選擇不當(dāng)有極大關(guān)聯(lián)。為此,深入研究了異種鋼焊接的材料選用,做到科學(xué)選材,保證焊接工作順利正常開展。
在工業(yè)高速發(fā)展的新階段,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,焊接作為機(jī)械設(shè)備制造安裝行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)和重要環(huán)節(jié)也在不斷的創(chuàng)新和發(fā)展。現(xiàn)如今,碳鋼與奧氏體不銹鋼之間異種鋼焊接在日漸增多,但其焊接缺陷也在日漸突出。碳鋼與奧氏體不銹鋼因其各自化學(xué)成分、冶金性能、物理性能等各方面的差異,易造成合金元素稀釋而引發(fā)脆性組織,造成明顯的焊接缺陷,影響焊接施工。只有通過選擇合適的焊接方法和焊接材料,控制焊接工藝,方可獲得綜合性能良好的異種鋼焊接接頭。為此,本文深入研究異種鋼焊接的特點(diǎn)及原則選擇更好更合適的焊接材料,保證焊接施工的正常進(jìn)行。
一、異種鋼焊接的特性
因奧氏體不銹鋼與碳鋼在化學(xué)成分、力學(xué)性能、物理性能及冶金相組織等方面上存在自身特有性質(zhì),兩種鋼材料焊接過程中可產(chǎn)生各種問題。為此,在實(shí)際焊接操作中,應(yīng)充分考慮以下幾點(diǎn)特性:
1. 碳遷移擴(kuò)散
長時間在高溫環(huán)境下,在進(jìn)行焊接或熱處理時,奧氏體不銹鋼與碳鋼界面四周可發(fā)生化學(xué)反應(yīng),碳隨之集中向一側(cè)發(fā)生擴(kuò)散、遷移,最終導(dǎo)致奧氏體不銹鋼某一側(cè)發(fā)展為增碳層而硬化,碳鋼單一側(cè)則發(fā)展為脫碳層并逐步軟化。這樣焊接時接頭受力容易引起應(yīng)力集中,從而降低接頭高溫持久強(qiáng)度和韌性。
2. 熔合區(qū)塑性
異種鋼焊接過程中,奧氏體接近熔合區(qū)的焊縫金屬有一個0.2~0.6mm寬的低塑性帶,其組織結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分均有異于焊縫部分,在此過程中熔合區(qū)寬度可隨著焊條種類發(fā)生改變。一般情況下,低碳鋼使用焊條Cr25Ni20,該區(qū)域?qū)挾鹊鸟R氏體區(qū)約寬10um,馬氏體與奧氏體綜合區(qū)寬25um;若使用焊條Cr19Ni9,馬氏體區(qū)約寬50um,馬氏體與奧氏體綜合區(qū)寬100um;若焊條為Cr25Ni13,馬氏體區(qū)、馬氏體與奧氏體綜合區(qū)寬介于上兩個數(shù)值之間。而熔合區(qū)馬氏體區(qū)可影響接頭實(shí)際沖擊韌性。
3. 金屬稀釋
異種鋼焊接時,基體金屬可發(fā)生熔化而導(dǎo)致焊縫金屬稀釋,且本身金屬稀釋密度可隨著熔化程度變化。過度稀釋會影響焊縫金屬性質(zhì),發(fā)展為具一定脆性的馬氏體組織,并可能出現(xiàn)明顯裂紋,而影響焊接操作。
4. 接頭應(yīng)力
除局部加熱產(chǎn)生焊接應(yīng)力之外,因奧氏體鋼本身較差的導(dǎo)熱性、奧氏體不銹鋼與碳鋼兩者較大的線脹系數(shù),異種鋼焊接可產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。在交變溫度環(huán)境下的接頭容易形成熱疲勞或熱應(yīng)力,奧氏體不銹鋼與碳鋼兩種材質(zhì)的沿緣界面可產(chǎn)生焊接裂紋。
二、異種鋼材選用的原則及具體操作
1. 異種鋼材選擇的原則
鋼鐵企業(yè)氧氣管道中,異種鋼的焊接發(fā)展應(yīng)以科學(xué)選擇焊材為前提,而焊接接頭的選擇應(yīng)充分考慮其自身的使用性能、碳遷移、抗熱裂性、焊接應(yīng)力及稀釋作用等多方面因素。具體操作中,可參照舍夫勒組織圖以熔合比進(jìn)行估算,明確奧氏體加鐵素體組織或純奧氏體焊縫成分。如上文提及,碳鋼母材在焊接過程中可產(chǎn)生不同程度的稀釋作用,18-8型材料不可滿足基本要求;因奧氏體組織,25-20型材料極易出現(xiàn)熱裂紋現(xiàn)象,為此25-13型材料是較合適的選擇。
2. 異種鋼焊材及焊接方法的選擇
當(dāng)前奧氏體不銹鋼與碳鋼異種鋼焊接的焊條基本都選用適合的25-13型A302:但焊絲的選擇則大多為不適合的0Cr21Nil0(18-8型),這應(yīng)引起著重關(guān)注。一般情況下,奧氏體不銹鋼與碳鋼焊接應(yīng)考慮稀釋及融熔合,選擇稀釋率低、熔合比小的焊接工藝。手工鎢極氬弧焊(GTAW)可受焊接技術(shù)條件、有無金屬填充的影響,其稀釋率相應(yīng)發(fā)生改變,而熔合比則在10%~100%波動;而手工焊條電弧焊相對比較穩(wěn)定,其熔合比在15%~30%。若稀釋度超過一半要求,焊縫金屬可發(fā)展為具一定脆性的馬氏體組織,并可能出現(xiàn)明顯裂紋。為此,異種鋼焊接過程中不僅要科學(xué)控制好熔合比,更應(yīng)選擇高含量Cr-Ni的25-13型1Cr24Ni13焊絲。
綜上所述,奧氏體不銹鋼與碳鋼異種鋼鋼材焊接材料宜選用A302焊條、25-13型1Cr24Ni309(或13)焊絲。在焊接作業(yè)過程中實(shí)施交叉立體施工,以防焊材混用,檢查并控制稀釋及熔合比,以防過度稀釋而出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。
本文標(biāo)簽:奧氏體不銹鋼
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