奥氏体不锈钢复合板采用SAW焊接基层的焊接工艺研究

作者:侯仰博; 刊名:山东科学 上传者:薛国义

【摘要】通过对S30408+Q245R复合板基层进行SAW焊接接头显微硬度测量、铁素体含量测量、金相显微镜观察等研究,探讨焊接线能量、冷却速度对复合板基层焊缝组织和母材覆层析出σ相的影响.研究结果表明,基层使用SAW焊接时,焊缝硬度比使用SMAW焊接时略低;母材覆层铁素体含量、焊缝过渡层/覆层铁素体含量均比基层使用SMAW焊接时所测含量略低;两种焊接方法的焊缝基层显微组织基本相同.但焊缝覆层/过渡层采用SMAW和GTAW焊接时金相组织有所不同,使用SAW焊接基层时焊缝组织无明显晶粒粗大特征,且母材覆层和焊缝过渡层/覆层均不会析出σ相.

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奥氏体不锈钢具有无磁性、较高的塑性和韧性、加工成型性好等特点,在酸性腐蚀介质中的耐蚀性能优良。奥氏体不锈钢复合板由碳钢或低合金钢(基层)与奥氏体不锈钢(覆层)复合而成,覆层具备奥氏体不锈钢在耐腐蚀方面的优点,基层具备碳钢或低合金钢强度和硬度较高等优点。奥氏体不锈钢复合板组成中奥氏体不锈钢仅占1/5~1/6,不仅极大地节省了不锈钢,而且成本仅为不锈钢板材的30%~40%。例如,某石化公司催化烟气脱硫塔采用16MnR+304L不锈钢复合板,造价费用比采用整体不锈钢板节约465万元[1]。近几年来,国内外对奥氏体不锈钢复合板焊接的研究日益重视。范祎欣等[2]对近年来不锈钢复合材料的焊接技术研究现状做了总结,对不同的焊接方法、焊后工艺、焊缝力学性能及组织、过渡层焊接、焊缝耐蚀性及未来的发展趋势做了研究。冯玉兰等[3]对Q245R/0Cr18Ni9不锈钢复合板焊接工艺及接头力学性能做了研究,焊接工艺为基层采用PAW和SAW焊接,过渡层和覆层采用GTAW焊接。付洪亮等[4]对不锈钢复合板压力容器的焊接特点进行了理论分析及研究,总结出其焊接工艺,重点研究了焊接的三要素:焊接坡口、焊接材料和参数焊接顺序,并进行了机理和物理性能检验分析。王庆晖等[5]对不锈钢复合材料的焊接质量控制管理方面做了研究。赵刚[6]对16MnR/0Cr18Ni9的不锈钢复合板压力容器筒体出现裂纹的原因进行了研究,并且针对焊接工艺和坡口形式提出了相应措施。为提高生产效率,在工程条件允许的情况下,奥氏体不锈钢复合板的基层可以使用SAW进行焊接。与SMAW相比,SAW具有焊接速度快、生产效率高、焊缝质量稳定、劳动强度低、节省焊材等特点。但SAW一般情况下用于焊接水平焊缝,环境适应性差,焊接线能量较大,较适合长焊缝的焊接[7]。本文对S30408+Q245R复合板的基层分别使用SMAW和SAW进行焊接并将两种方法形成的基层焊缝进行比较,分析基层使用SAW时线能量大、冷却速度慢是否会造成基层焊缝组织的晶粒粗大并导致母材覆层析出相。同时对复合板的过渡层/覆层采用GTAW和SMAW焊接,分析两种不同焊接工艺对焊缝过渡层/覆层的影响。1焊接工艺坡口角度越大,熔合比越小,稀释率越小;相反,坡口角度越小,熔合比越大,稀释率越大。不锈钢复合板焊接选用如图1所示坡口型式和尺寸。坡口下料时,采用火焰与机械切割相结合的方法。火焰切割时覆层向下,并防止基层的熔渣溅到覆层表面;切割时预留加工余量,切割完毕后,采用机械加工方法把热影响区刨掉,坡口完成后,按NB/T47013.52015[8]进行渗透检测,确保无分层和裂纹。焊接顺序一般为,先焊基层焊缝,再焊过渡层焊缝,最后焊覆层焊缝,如图1所示。组对前应对坡口表面及两侧仔细清洗,基层应去除铁屑、氧化皮、水分、油污等杂质,在覆层不锈钢坡口表面采用丙酮液擦洗干净。组对时应以覆层为基础进行,应保障覆层错边量不超标。选用S30408+Q245R(3mm+12mm)复合板焊接4块试件,焊接方法的选择为:试件1的基层采用SMAW,过渡层/覆层采用GTAW;试件2的基层采用SMAW,过渡层/覆层采用SMAW;试件3的基层采用SAW,过渡层/覆层采用GTAW;试件4的基层采用SAW,过渡层/覆层采用SMAW。采用SAW时使用碳弧气刨进行清根。焊接参数采用表1中的焊接工艺规程。基层焊接采用双面SAW时,为研究在线能量较大的情况下对焊缝基层的组织性能的影响以及是否会造成母材覆层析出相,在焊接工艺规程中对SAW选用了较大工艺参数。线能量的计算公式为q=IU/v(I为焊接电流,A;U为电弧电压,

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