CO2氣保焊葯芯焊絲堆焊不鏽鋼評定試驗

tags: 不鏽鋼    時間:2014-03-12 17:34:47
CO2氣保焊葯芯焊絲堆焊不鏽鋼評定試驗簡介
摘要:本文採用CO2氣體保護焊葯芯焊絲在低合金鋼上自動堆焊奧氏體不鏽鋼工藝進行評定試驗。當稀釋率過大時,CO2氣體保護葯芯焊絲堆焊不鏽鋼時過渡層塑性較差……
CO2氣保焊葯芯焊絲堆焊不鏽鋼評定試驗正文

摘要:本文採用CO2氣體保護焊葯芯焊絲在低合金鋼上自動堆焊奧氏體不鏽鋼工藝進行評定試驗。當稀釋率過大時,CO2氣體保護葯芯焊絲堆焊不鏽鋼時過渡層塑性較差,彎曲試驗時容易在過渡層產生裂紋。焊接過程中採用合適的焊接工藝參數,嚴格控制層間溫度可以提高過渡層塑性。
對於各類大型厚壁容器的筒體、封頭等部件的內壁堆焊通常採用帶極堆焊,接管等部件採用手工堆焊;隨著煤化工產業的發展需要,堆焊的設備越來越多,為提高生產效率,降低焊工勞動強度,結合承製的產品特點進行了CO2氣體保護葯芯焊絲自動堆焊不鏽鋼工藝試驗研究。通過焊材的選擇、焊前預熱、焊后處理、工藝參數等方面的工藝研究,獲得了滿意的堆焊效果。
1基層焊接性分析
1.1基層13MnNiMoR機械性能
基層材料13MnNiMoR機械性能見表1、化學成分見表2。

1.2基層13MnNiMoR的焊接性
13MnNiMoR是我國應用最廣的壓力容器用熱處理強化鋼,供貨狀態通常為正火+回火,正火溫度約為980℃,回火溫度為680℃。根據國際焊接學會碳當量公式計算13MnNiMoR的w(C)=0.573%。說明其具有一定的冷裂傾向;該鋼焊接時應採取預熱、后熱等措施。
按照國產合金鋼的預熱溫度計算公式,可初步確定13MnNiMoR鋼板焊前預熱溫度:
T0=-214+324Pcm+17.7[H]+0.14σb+4.73δ
式中Pcm—化學成分冷裂敏感指數,經計算,Pcm=0.2717;[H]—熔敷金屬擴散氫含量,按GB3965-1995《熔敷金屬中擴散氫測定方法》測定,這裡取[H]=6mL/100g;δ為試驗用鋼板厚度,δ=25mm。將已知數據代入公式得To=188.78℃。由於預熱溫度越高母材熔深越大,對於堆焊來講是不理想的。因此堆焊時,比同材質母材焊接時預熱溫度要低50℃,所以在堆焊第一層時對母材預熱溫度100~150℃。但在堆焊以後各層不必預熱而應控制層間溫度。
1.3奧氏體不鏽鋼堆焊易出現的問題
1.3.1焊接裂紋
1.3.1.1焊縫金屬的高溫裂紋
對於奧氏體組織的不鏽鋼焊縫都有產生熱裂紋的可能,堆焊時也存在這個問題。在正常施焊的場合,可以通過選擇合適的焊接材料成分以及合理的焊接工藝措施等保證焊縫金屬中含有一定量的鐵素體組織(一般鐵素體含量在3%~12%之間),可以有效的防止焊接熱裂紋的產生。
1.3.1.2堆焊層下裂紋
堆焊層下裂紋是指,發生在堆焊層下母材熱影響區某一特定部位的微小裂紋,一般深度在2.5mm左右或更小。影響因素主要是母材的化學成分、金相組織以及殘餘應力的大小和分佈。
通常在生產中採用控制熱輸入或堆焊2層使粗大晶粒細化的方法防止堆焊層下裂紋。
1.3.2焊后熱處理
1.3.2.1堆焊區域的脆化
在經過長時間的焊后熱處理,堆焊金屬由於碳化物析出和部分鐵素體向σ相轉變而產生脆化,表現在吸收功明顯下降,冷彎試驗容易出現裂紋。堆焊金屬的含碳量和鐵素體含量越高,熱處理參數越高,這種脆化越嚴重。
1.3.2.2焊縫金屬和母材臨界區的脆化
由於熱處理的作用,母材的碳滲入堆焊金屬形成碳化物的部分,硬度提高,產生脆化。在滲碳層最高硬度HV≥400~450時,發生彎曲試驗中的微小裂紋。
1.3.2.3堆焊層敏化,耐晶間腐蝕能力降低
由此可見,焊后熱處理對奧氏體不鏽鋼堆焊層是不利的,但又不得不進行;為了解決這一矛盾,一般要求堆焊后的金屬達到低碳或超低碳的成分,焊接金屬中的δ鐵素體含量不能太高,焊后熱處理的參數必須認真計算,使堆焊金屬盡量經受焊后熱處理的作用。
1.4堆焊材料熔敷金屬化學成分及焊絲性能
採用崑山京群科技股份有限公司生產的CO2氣體保護自動堆焊不鏽鋼葯芯焊絲GFS-309L、GFS308L進行堆焊試驗。
GFS-309L,GFS-308L是氧化鈦型渣系CO2氣保護超低碳不鏽鋼葯芯焊絲,焊接工藝性能良好,飛濺小,電弧燃燒穩定,脫渣容易,焊縫成形美觀,GFS-309L可用於容器內壁過渡層堆焊;GFS-308L可用於容器內壁耐蝕層堆焊。GFS-308L熔敷金屬為奧氏體組織中含有適量鐵素體,因此裂紋敏感性低。焊接性能優良,焊態及熱處理狀態下熔敷金屬均具有良好的耐蝕性和力學性能。試驗所用氣保護葯芯焊絲熔敷金屬化學成分見表3。2焊接工藝參數
2.1工藝參數對焊接質量的影響
CO2氣保焊自動堆焊時焊接工藝參數主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、搭接量、CO2氣體流量等。
堆焊時焊接電流和焊接電壓對焊道的成形及稀釋率的影響基本相似,在堆焊過渡層時應選擇焊絲適用電流、電壓範圍的中間偏小值;在焊接電流、電壓一定的情況下,焊接速度不能過大,因為焊接速度過大時會增大稀釋率。如選擇20~24m/h的焊速配合170A±10A電流,選擇32V焊接電壓,可控制過渡層焊縫稀釋率在20%~28%之間;堆焊耐蝕層時焊接電流和電壓可適當增加,焊接速度同時適當增加,盡量快速焊接,堆焊時焊道之間的搭接量由焊縫寬度b決定,一般取值為1/2b,這樣既可以使熔深減少並趨於一致,又可得到平整美觀的焊縫,這裡搭接量取約6mm。
CO2氣體流量選用20~25L/min。葯芯焊絲中含有穩弧劑、造渣劑和合金元素,可以獲得穩定的堆焊焊接過程,同時改善了對凝固過程中焊縫金屬的保護。使用CO2氣體保護堆焊時,葯芯焊絲可以對熔池進行氣-渣聯合保護。
2.2焊接工藝參數
本次試驗所採用的焊接工藝參數見表4。3試驗結果
3.1焊縫外觀尺寸
堆焊焊道外觀尺寸見表5。3.2無損檢測
堆焊完成的表面按JB/T4730-2005,進行100%UT檢測和100%PT檢測,均未發現超出標準的缺陷存在。
3.3力學性能試驗
按JB4708-2000做4個側彎試樣及硬度(HV10)檢測。試驗數據見表6。3.4化學成分分析
在距耐蝕層表面0.5~2mm內取樣,試驗數據見表7。化學成分分析結果表明耐蝕層焊縫金屬碳含量、鐵素體含量滿足要求,可以保證晶間腐蝕的要求。3.5晶間腐蝕試驗
耐蝕層晶間腐蝕試驗按GB4334.5-2000《不鏽鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗》,試樣尺寸:80mm×20mm×3mm,試樣數量:2個。經過試驗,堆焊層均無晶間腐蝕傾向。按照按WRC圖計算得出鐵素體含量大約6%。
3.6金相觀察
通過金相試驗觀察,未見宏觀焊接缺陷;過渡層熔合良好。金相照片見附圖。4結束語
4.1採用CO2氣體保護焊葯芯焊絲自動堆焊方法堆焊鉻鎳奧氏體不鏽鋼時控制焊接電流、電弧電壓、焊接速度在適當的範圍內,可以得到化工容器內壁堆焊耐蝕層對化學成分的要求。
4.2CO2氣體保護焊葯芯焊絲自動堆焊不鏽鋼,嚴格控制層間溫度≤100℃,堆焊過渡層時嚴格控制稀釋率在20%~28%之間,可以保證過渡層塑性。
參考文獻
[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京:機械出版社.2009.10
[2]和少卿,王朝前,吳國權:葯芯焊絲及應用[M].北京:化學工業出版社,2009.3
[3]JB4708鋼製壓力容器焊接工藝評定.JB4708-2000.    
Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “CO2氣保焊葯芯焊絲堆焊不鏽鋼評定試驗