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铬钼耐热钢与不锈钢异种钢焊接的研究现状 

发布时间:2022-06-08

由于铬钼耐热钢与不锈钢异种钢接头两侧母材的化学成分、物理化学性能的差异,焊接比同钢之间的焊接复杂得多。炼化设备的工作环境一般为高压、高腐蚀、高温,对设备性能要求较高。在其关键部件的焊接中,异种金属的焊接质量往往成为制约其应用的技术瓶颈之一。为了获得良好的焊接接头,必须克服的主要困难是:1)材料对焊接方法的敏感性,2)合金元素的稀释,3)异种钢界面的碳迁移,4)焊缝中晶界碳化物的析出,5)焊接问题,如焊接接头的力学和腐蚀性能

 

对于铬钼钢压力容器的制造,影响焊接接头质量的因素很多,但最常用的方法是调整焊接热输入、合金成分和焊后热处理。由于焊接热循环的影响,Cr-Mo钢焊接接头热影响区组织比较复杂,可分为过热粗晶区、细晶区、局部再结晶区和高温回火区。低热量输入焊接时,热影响区变窄,但冷却速度过快容易获得硬化马氏体组织。在较高的热输入下,可以获得贝氏体组织。因此,焊接规范的考虑应集中在减少热影响区、减少软化区和使用较小的焊缝能量上。除了焊接热输入外,控制多层焊接的层间温度也是影响热影响区组织和性能的重要因素。层间温度越高,焊缝和热影响区的冲击韧性越低。因此,在控制焊接规范的同时,还应限制层间温度。一般来说,层间温度不应超过预热温度的上限

 

,为了改善结构和消除接头应力,焊接后需要进行热处理。当回火温度较低或保温时间不足时,焊缝和焊缝附近的金属具有较高的强度,而塑性和韧性较低。相反,当回火温度升高时,焊缝和焊缝附近区域的强度降低,而塑性和韧性增加【56】。然而,当回火温度过高、回火时间过长时,接头中会发生碳迁移和碳化物析出。然而,焊缝金属的焊后热处理将促进严重的碳迁移,从而形成渗碳层和弱脱碳层,这将导致一系列问题,例如,在约束条件下,焊缝出现焊接裂纹,降低奥氏体钢侧的耐蚀性

 

对于铬钼耐热钢和不锈钢的异种钢焊接接头,两侧的母材不仅具有不同的合金成分,而且不属于同一类钢。Nb/t47015《承压设备焊接工艺规程》规定奥氏体高合金钢与碳钢和低合金钢焊接,所选用的焊接材料应保证焊缝金属的抗裂性和力学性能。当设计温度不超过370℃时,铬镍含量的不锈钢焊接材料可保证焊缝金属为奥氏体;当设计温度高于370℃时,应使用镍基焊接材料。也就是说,对于此类材料的焊接接头,预边堆焊过渡层一般在低合金耐热钢表面进行。通常,预边缘堆焊材料为高铬、镍奥氏体不锈钢或镍基合金,然后分别采用不锈钢或镍基合金焊接材料进行堆焊。接头形式如图1.5所示。事实上,对于具有预边缘堆焊的镍基材料,关键的作用是防止Cr-Mo耐热钢中的碳元素向低碳不锈钢迁移,从而削弱接头性能

 

近年来,低合金耐热钢与奥氏体不锈钢的焊接取得了很大进展。王岑等选用国产镍基埋弧焊丝和焊剂hs600/sj608,对手工电弧焊侧堆焊inconel182和焊后热处理后的14cr1mor+s32168复合板两侧进行焊接试验。焊接坡口形式如图1.6所示。该工艺采用GTAW打底,2.5mm直径焊丝埋弧焊。由于实际生产中普通TIG焊熔深较浅,背衬钝边厚度仅为2~3mm,埋弧焊时容易烧穿。目前的解决办法是在TIG打底焊后继续补充2~3道手工电弧焊,使打底焊厚度达到5~6mm。这大大降低了焊接效率。因此,研究和探索大熔透背焊方法对提高焊接效率具有重要意义。分析了异种钢接头的组织变化和力学性能。发现焊缝区组织主要为针状γ相组成,如图1.7试样焊接接头的显微组织所示;焊接接头抗拉强度达到560mpa,断裂发生在基体区域,满足实际应用要求;然而,制造过程中坡口尺寸较大,使用的焊接材料较多,焊缝经过长时间的焊接热处理,导致制造成本高,使用寿命短

 

以往工作表明,异种金属焊接结构构件的失效往往发生在焊接接头处。裂纹和气孔的形成是常见的焊缝缺陷。焊缝中的裂纹和气孔是造成焊接接头腐蚀破坏甚至失效的主要原因,但在盐和酸性环境中腐蚀严重。目前,异种金属焊接件的力学性能得到了广泛的研究。然而,对奥氏体不锈钢与低碳钢焊接接头的腐蚀研究还不够深入。Xiong Zhang等人测试了3.5wt%的高强度低合金钢和奥氏体不锈钢的异种焊接接头研究了在NaCl溶液中的腐蚀行为。据报道,激光区马氏体的耐蚀性弱于混合区奥氏体的耐蚀性。Vermad。J等人研究了铬不锈钢和316L异种钢SMAW焊接接头在改性环境中的腐蚀失效。主要原因是焊缝中存在低协同抗点蚀合金元素,导致焊缝的耐蚀性低于母材。Okonkwo-Bo等人研究了低合金钢a508和309l/308l堆焊层异种接头在含有硫酸盐杂质的水溶液中的电偶腐蚀损伤机理。据报道,MNs在焊缝中同时引起点蚀和电偶腐蚀。同时,母材中的碳元素渗透到焊缝中会增加焊缝中的碳含量。在凝固过程中,碳元素在晶界富集,与Cr元素形成化合物,导致晶间Cr缺乏

 

尽管有关于不锈钢和低碳钢异种焊接的研究,关于焊接速度对不锈钢与低碳钢焊接接头组织和腐蚀性能的影响,尤其是对厚板焊接的影响,研究较少。研究了焊接速度对304不锈钢和12cr2mo1r低碳钢电弧辅助活性TIG焊(aa-TIG)和SMAW焊接接头组织和电化学腐蚀的影响。


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