奥氏体不锈钢复合板不同冷却条件的焊接工艺研究

作者:侯仰博 刊名:金属材料与冶金工程 上传者:张晓宁

【摘要】本文对S30408+Q245R复合板的过渡层和覆层进行SMAW(焊条电弧焊)焊接,焊接过程中采用不同的冷却或保温条件,模拟压力容器实际生产中的各种工况进行试验,研究各种工况下焊接质量和σ相析出情况。研究结果表明采用喷水雾冷却奥氏体不锈钢复合板焊缝的试板和焊接完毕后进行较长时间保温的试板都在过渡层与基层交界处产生了裂纹,说明两种工艺都不适合生产。

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在焊接奥氏体不锈钢时,奥氏体在焊接冷却过程中不会生成淬硬组织,并且应该采用小规范参数或快速冷却以减小焊缝金属在高温下的停留时间。某些压力容器制造单位在奥氏体不锈钢焊接过程中对施焊背面喷水雾对焊缝进行冷却,这种冷却焊缝的方法在工程实践中证明是可行的。有些制造单位在焊接奥氏体不锈钢复合板时,认为复合板覆层是奥氏体,也可采用喷水0前言2.1显微硬度试验及分析试件1~4的接头试件经打磨抛光后用4%硝酸酒精做侵蚀剂进行侵蚀,使用显微硬度计测量接头不同区域的硬度值。测量点的具体位置见图2。测定条件为:加载负荷100g,持续时间15s。对图2所示的9个区域,每个区域至少测3点后求平均值,最终得到的硬度值见表2。图2显微硬度试验测量点位置示意图表1通用焊接工艺规程焊接层次基层打底焊缝基层其他焊缝过渡层覆层焊接方法SMAWSMAWSMAWSMAW焊材牌号J427J427A302A102焊材规格/mm3.24.04.04.0电流/A80~100150~170145~155145~155电压/V20~3020~3020~3520~35焊接速度/(mm/s)1.5~2.02.0~2.54.0~6.04.0~6.0图1不锈钢复合板焊接坡口与焊接顺序示意图雾冷却的方法来冷却奥氏体不锈钢复合板焊缝。当奥氏体不锈钢复合板制压力容器有特殊要求时,则需要对奥氏体不锈钢复合板的焊缝进行保温。本文对S30408+Q245R(3mm+12mm)复合板进行SMAW焊接,焊接过程中采用4种不同的冷却或保温条件,模拟压力容器实际生产中的各种工况进行试验,研究各种工况下焊接质量和相析出情况。1试件焊接坡口角度越大,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[1-3]。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/T47013.5-2015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[4-5],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组对。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,采用表1中的通用焊接工艺规程进行焊接。试件1每焊完一道过渡层/覆层即进行背面喷雾状水冷却,冷却速度约为3~7/s;试件2每焊完一道过渡层/覆层即采用大功率风扇直吹焊缝背面进行风冷,冷却速度约为0.5~1.1/s;试件3每焊完一道过渡层/覆层进行自然冷却,冷却速度约为0.4~0.7/s;试件4焊接基层和过渡层/覆层过程中不冷却,全部焊接完毕后立即在保温棉内保温1h以上。2试件的试验及分析表3试件1~4母材及焊接接头铁素体含量试件编号1234试件材质S30408+Q245RS30408+Q245RS30408+Q245RS30408+Q245R钢板基层铁素体含量/%100100100100钢板覆层铁素体含量/%6.28.85.66.6焊缝基层铁素体含量/%100100100100焊缝过渡层铁素体含量/%2.42.71.92.5焊缝覆层铁素体含量/%3.83.52.51.7同样的焊接工艺情况下,试件1~4在各个区域的硬度值符合基本规律。将试件1和4两种极端状态做硬度对比,基本趋势为:试件1的硬度值在区域(1)~(5)内大于试

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