316LN奥氏体不锈钢超低温结构件热丝TIG焊工艺研究

作者:田金华;刘伟;吴智;吴自晟;陶则旭 刊名:金属加工:热加工 上传者:倪静怡

【摘要】本结构件所用材料为316LN奥氏体不锈钢;根据结构件所用板材的规格选用30mm板材进行了热丝TIG焊工艺评定;并根据对照性试验;制定出了合理的焊接工艺;成功完成了该超低温结构件的焊接;同时也为此类材料的热丝TIG焊接提供了解决方案和参考;

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1序言我公司承接某核电项目横梁结构件(见图1),外形尺寸为280mm×280mm×2630mm(方形);材质为316L N奥氏体不锈钢;板厚20m m;重量1.2t;工作最低温度为-269℃(超低温);焊缝要求:全熔透焊缝(见图2),焊后要求进行UT(超声)、PT(渗透)检测。此构件为某核电产品最为关键的支撑部件,也是主要的受力部件,虽然结构相对比较简单,但处于-269℃超低温环境,以及产品生产周期紧迫,再加上第一次接触这种材料,未有这方面的制作经验。因此,经过查阅大量的文献,总结出一些理论数据,并结合本产品结构特点及技术要求,采用手图1横梁结构件三维图表1 316LN奥氏体不锈钢化学成分(质量分数)(%)CSiMnPSNiCrMoNC+N≤0.03≤0.75≤2.00≤0.03≤0.02 10.00~14.00 16.00~18.50 2.00~3.00 0.12~0.17≤0.15表2 316LN奥氏体不锈钢力学性能厚度/mm屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率(%)断面收缩率(%) 4K下断裂韧性/(MPa/m1/2) 77K夏比冲击吸收能量/Jt<200(室温245K)4K:700(室温550K)4K:138530室温:403040t≥200(室温230K)4K:655(室温520K)4K:131030室温:403040工TIG焊进行定位焊及打底焊、热丝TIG焊进行填充及盖面的焊接方法,并根据实际板材厚度制定合理的焊接工艺评定。在经过了一系列的试验之后,制定了焊接工艺评定试验方案,选取了合适的焊丝、焊接电流、电弧电压等参数,确定了一套完整的焊接工艺。2 316LN奥氏体不锈钢材料的焊接性316L N奥氏体不锈钢是一种铬-镍奥氏体系低碳不锈钢,是太钢集团为满足该核电产品使用要求新开发的产品,符合ASTM 240标准,焊接性能良好,其化学成分见表1,室温力学性能和低温力学性能见表2。芯焊丝,保护气体选用氩气(≥99.99%)。(2)焊接工艺评定根据横梁中工字型钢与侧板的焊接结构特点,采用手工TIG焊进行定位焊及打底焊、热丝TIG焊进行填充及盖面的焊接方法,并需要根据实际板材厚度制定合理的焊接工艺评定。本结构中,工字型钢与其侧板所使用的板材厚度为20mm,根据ISO 15614-1标准中“堆焊材料厚度和焊缝熔敷厚度的鉴定范围”,以及生产现场实际材料情况,选用了厚度为30mm的钢板,这样就能对所使用的钢板进行覆盖。手工TIG焊打底、热丝TIG焊填充盖面的焊接工艺评定试验步骤如下:第一,焊接工艺评定试板规格均为30m m×200m m×400m m,采用对接接头的方式,焊接坡口通过机械加工的方式成形。第二,焊接完成24h后进行射线检测(按照ISO 17636进行)和渗透检测(按照ISO 3452进行),经专业检测人员检查合格。第三,试验结果及数据分析:根据ISO 15614-1标准进行相应的力学试验,检测结果见表3。图2横梁全熔透焊缝坡口3热丝TIG焊的工艺特点热丝TIG焊是在传统TIG焊基础上发展起来的一种优质、高效、节能的焊接工艺,其基本原理就是在焊丝送进熔池之前,对焊丝进行加热使其达到一定的预热温度,最终实现高速高效焊接的目的。此外,焊丝经过预热表面得以净化以及预热电流对熔池的搅拌作用、预热电流的磁场作用可以改变焊接电弧的形态等多种因素的共同作用,使得焊缝质量更为优良。同TIG焊相比,热丝TIG焊明显地提高了熔敷速度、焊接速度,适合于焊接中等厚度的焊接结构,同时又具有TIG焊高质量焊缝的特点,同M I G焊相比,其熔敷速度相差不大,但是热丝

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