壓力容器用不銹鋼焊材選用

1. 奧氏體不銹鋼焊材選用

      奧氏體不銹鋼焊材的選擇原則是在無裂紋的條件下,保證焊縫金屬的耐蝕性能及力學性能與母材基本相當,或高于母材,一般要求其合金成分大致與母材成分匹配。對于耐蝕的奧氏體不銹鋼,一般希看含一定量的鐵素體,這樣既能保證良好的抗裂性能,又能有很好的抗腐蝕性能。但在某些特殊介質中,如尿素設備的焊縫金屬是不答應有鐵素體存在的,否則就會降低其耐蝕性。對耐熱用奧氏體鋼,應考慮對焊縫金屬內鐵素體含量的控制。對于長期在高溫運行的奧氏體鋼焊件,焊縫金屬內鐵素體含量不應超過5%。讀者可根據Schaeffler圖,按焊縫金屬中的鉻當量和鎳當量估計出相應的鐵素體含量。

2. 鐵素體不銹鋼焊材選用

      鐵素體不銹鋼焊材基本上有三類:1)成分基本與母材匹配的焊材;2)奧氏體焊材;3)鎳基合金焊材,由于其價格較高,故很少選用。鐵素體不銹鋼焊材可采用與母材相當的材料,但在拘束度大時,很輕易產生裂紋,焊后可采用熱處理,恢復耐蝕性能,并改善接頭塑性。采用奧氏體焊材可免除預熱和焊后熱處理,但對于不含穩定元素的各種鋼,熱影響區的敏化仍然存在,常用309型和310型鉻鎳奧氏體焊材。對于Cr17鋼,也可用308型焊材,合金含量高的焊材有利于進步焊接接頭塑性。奧氏體或奧氏體一鐵素體焊縫金屬基本與鐵素體母材等強,但在某些腐蝕介質中,焊縫的耐蝕性可能與母材有很大的不同,這一點在選擇焊材時要留意。

3. 馬氏體不銹鋼焊材選用

      在不銹鋼中,馬氏體不銹鋼是可以利用熱處理來調整性能的,因此,為了保證使用性能的要求,特別是耐熱用馬氏體不銹鋼,焊縫成分應盡量接近母材的成分。為了防止冷裂紋,也可采用奧氏體焊材,這時的焊縫強度必然低于母材。

      焊縫成分同母材成分相近時,焊縫和熱影響區將會同時硬化變脆,同時在熱影響區中出現回火軟化區。為了防止冷裂,厚度3mm以上的構件往往要進行預熱,焊后也往往需要進行熱處理,以進步接頭性能,由于焊縫金屬與母材的熱膨脹系數基本一致,經熱處理后有可能完全消除焊接應力。

      當工件不答應進行預熱或熱處理時,可選擇奧氏體組織焊縫,由于焊縫具有較高的塑性和韌性,能松弛焊接應力,并且能較多地固溶氫,因而可降低接頭的冷裂傾向,但這種材質不均勻的接頭,由于熱膨脹系數不同,在循環溫度的工作環境下,在熔合區可能產生剪應力,而導致接頭破壞。

      對于簡單的Cr13型馬氏體鋼,不采用奧氏體組織的焊縫時,焊縫成分的調整余地未幾,一般都和母材基體相同,但必須限制有害雜質S、P及Si等,Si在Cr13型馬氏體鋼焊縫中可促使形成粗大的馬氏體。降低含C量,有利于減小淬硬性,焊縫中存在少量Ti、N或Al等元素,也可細化晶粒并降低淬硬性。

      對于多組元合金化的Cr12基馬氏體熱強鋼,主要用途是耐熱,通常不用奧氏體焊材,焊縫成分希看接近母材。在調整成分時,必須保證焊縫不致出現一次鐵素體相,因它對性能十分有害,由于Cr13基馬氏體熱強鋼的主要成分多為鐵素體元素(如Mo、Nb、W、V等),為保證全部組織為均一的馬氏體,必須用奧氏體元素加以平衡,也就是要有適當的C、Ni、Mn、N等元素。馬氏體不銹鋼具有相當高的冷裂傾向,因此必須嚴格保持低氫,甚至超低氫,在選擇焊材時,必須要留意這一點。

壓力容器用不銹鋼焊接要點

1. 奧氏體不銹鋼焊接要點

      總的來說,奧氏體不銹鋼具有優良的焊接性。幾乎所有的熔化焊接方法均可用于焊接奧氏體不銹鋼,奧氏體不銹鋼的熱物理性能和組織特點決定了其焊接工藝要點。

① 由于奧氏體不銹鋼導熱系數小而熱膨脹系數大,焊接時易于產生較大的變形和焊接應力,因此應盡可能選用焊接能量集中的焊接方法。

② 由于奧氏體不銹鋼導熱系數小,在同樣的電流下,可比低合金鋼得到較大的熔深。同時又由于其電阻率大,在焊條電弧焊時,為了避免焊條發紅,與同直徑的碳鋼或低合金鋼焊條相比,焊接電流較小。

③ 焊接規范。一般不采用大線能量進行焊接 。焊條電弧焊時,宜采用小直徑焊條,快速多道焊,對于要求高的焊縫,甚至采用澆冷水的方法以加速冷卻,對于純奧氏體不銹鋼及超級奧氏體不銹鋼,由于熱裂紋敏感性大,更應嚴格控制焊接線能量,防止焊縫晶粒嚴重長大與焊接熱裂紋的發生。

④ 為進步焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能,焊接時,要特別留意焊接區的清潔,避免有害元素滲透焊縫。

⑤ 奧氏體不銹鋼焊接時一般不需要預熱。為了防止焊縫和熱影響區的晶粒長大及碳化物的析出,保證焊接接頭的塑、韌性和耐蝕姓,應控制較低的層間溫度,一般不超過150℃。

2. 鐵素體不銹鋼焊接要點

      鐵素體不銹鋼的鐵素體形成元素相對較多,奧氏體形成元素相對較少,材料淬硬和冷裂傾向較小。鐵素體不銹鋼在焊接熱循環的作用下,熱影響區晶粒明顯長大,接頭的韌性和塑性急劇下降。熱影響區晶粒長大的程度取決于焊接時所達到的最高溫度及其保持時間,為此,在焊接鐵素體不銹鋼時,應盡量采用小的線能量,即采用能量集中的方法,如小電流TIG、小直徑焊條手工焊等,同時盡可能采用窄間隙坡口、高的焊接速度和多層焊等措施,并嚴格控制層間溫度。

      由于焊接熱循環的作用,一般鐵素體不銹鋼在熱影響區的高溫區產生敏化,在某些介質中產生晶間腐蝕。焊后經700~850℃退火處理,使鉻均勻化,可恢復其耐蝕性。

      普通高鉻鐵素體不銹鋼可采用焊條電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊焊等熔焊方法。由于高鉻鋼固有的低塑性,以及焊接熱循環引起的熱影響區晶粒長大和碳化物、氮化物在晶界集聚,焊接接頭的塑性和韌性都很低。在采用與母材化學成分相似的焊材且拘束度大時,很易產生裂紋。為了防止裂紋,改善接頭塑性和耐蝕性,以焊條電弧焊為例,可以采取下列工藝措施。

① 預熱100 ~ 150℃左右,使材料在富有韌性的狀態下焊接。含鉻越高,預熱溫度應越高。

② 采用小的線能量、不擺動焊接。多層焊時,應控制層間溫度不高于150℃,不宜連續施焊,以減小高溫脆化和475℃脆性影響。

③ 焊后進行750 ~ 800℃退火處理,由于碳化物球化和鉻分布均勻,可恢復耐蝕性,并改善接頭塑性。退火后應快冷,防止出現σ相及475℃脆性。

3. 馬氏體不銹鋼焊接要點

      對于Cr13型馬氏體不銹鋼,當采用同材質焊條進行焊接時,為了降低冷裂紋敏感性,確保焊接接頭塑、韌性,應選用低氫型焊條并同時采取下列措施:

① 預熱。預熱溫度隨鋼材含碳量的增加而進步,一般在100℃ ~ 350℃范圍內。

② 后熱。對于含碳量較高或拘束度大的焊接接頭,焊后采取后熱措施,以防止焊接氫致裂紋。

③ 焊后熱處理。為改善焊接接頭塑、韌性和耐蝕性,焊后熱處理溫度一般為650℃ ~ 750℃,保溫時間按1h / 25mm計。對于超級及低碳馬氏體不銹鋼,一般可不采取預熱措施,當拘束度大或焊縫中含氫量較高時,采取預熱及后熱措施,預熱溫度一般為100℃ ~ 150℃,焊后熱處理溫度為590 ~ 620℃。

      對于含碳量較高的馬氏體鋼。或在焊前預熱、焊后熱處理難以實施,以及接頭拘束度較大的情況下,工程中也可用奧氏體型的焊材,以進步焊接接頭的塑、韌性,防止產生裂紋。但此時焊縫金屬為奧氏體組織或以奧氏體為主的組織時,與母材強度相比實為低強匹配,而且焊縫金屬與母材在化學成分、金相組織、熱物理性能、力學性能差別很大,焊接殘余應力不可避免,輕易引發應力腐蝕或高溫蠕變破壞。

 

來源：網絡

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