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不銹鋼焊接

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熱輸入量對(duì)低合金鋼焊縫表面不銹鋼堆焊層性能影響研究

來源:至德鋼業(yè) 日期:2021-05-19 07:00:23 人氣:4486

 浙江至德鋼業(yè)有限公司采用不同熱輸入量的焊接參數(shù)在低合金鋼焊縫表面堆焊不銹鋼堆焊層,通過對(duì)橫向側(cè)彎試驗(yàn)結(jié)果和微觀金相的研究,分析了熱輸入量對(duì)不銹鋼堆焊層性能的影響趨勢(shì),對(duì)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)品制造或焊接工藝評(píng)定具有一定的指導(dǎo)意義。


 蒸汽發(fā)生器是一回路冷卻劑將核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的熱量傳給二回路給水,使之產(chǎn)生一定壓力、一定溫度和一定干度蒸汽的熱交換設(shè)備。在蒸汽發(fā)生器制造過程中,與帶放射性的一回路反應(yīng)堆冷卻劑接觸的低合金鋼表面需堆焊不銹鋼堆焊層,其主要起耐腐蝕作用。因此,在蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中,處于與冷卻劑接觸的低合金鋼焊縫表面也需要堆焊不銹鋼堆焊層,采用帶極埋弧堆焊,焊道寬且平滑,熔敷效率高,利于提高產(chǎn)品制造進(jìn)度。本文通過采用不同熱輸入量的埋弧堆焊參數(shù)在模擬產(chǎn)品低合金鋼焊縫的試件上進(jìn)行不銹鋼堆焊,研究熱輸入量對(duì)不銹鋼堆焊層性能的影響趨勢(shì),對(duì)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)品制造或焊接工藝評(píng)定具有一定的指導(dǎo)意義。


一、試驗(yàn)過程


 1. 母材和焊材


 試驗(yàn)?zāi)覆牟捎门c蒸汽發(fā)生器產(chǎn)品相同材質(zhì)的SA-508Gr.3Cl.2鍛件,其是ASME規(guī)范第Ⅱ卷A篇材料,公稱化學(xué)成分為0.75Ni-0.5Mo-Cr-V,屬低合金高強(qiáng)鋼。由于含有較多的合金元素,碳當(dāng)量達(dá)0.76%,焊接過程中熱影響區(qū)具有較高的淬硬傾向,因此適當(dāng)進(jìn)行焊前預(yù)熱、后熱,控制焊接冷卻速度是確保堆焊層母材熱影響區(qū)不產(chǎn)生冷裂紋的必要條件。在焊接材料選用方面,除了焊帶化學(xué)成分應(yīng)滿足要求外,堆焊層金屬的各項(xiàng)力學(xué)性能也應(yīng)滿足要求,且焊帶和焊劑還要具備優(yōu)良的焊接工藝性能。焊劑對(duì)堆焊過程的穩(wěn)定性有很大影響,而穩(wěn)定的堆焊過程是獲得可靠焊道質(zhì)量的保證。根據(jù)對(duì)多個(gè)知名焊材廠家對(duì)比,我們采用了SAF公司生產(chǎn)的EQ309L/EQ308L/焊劑、E9018-G焊接材料。


 2. 坡口形式


 根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況,在母材和焊材準(zhǔn)備就緒后,先采用E9018-G焊條將凹槽填充平整以便模擬產(chǎn)品低合金鋼焊縫,然后再采用帶極埋弧堆焊不銹鋼堆焊層,首層采用EQ309L進(jìn)行堆焊,其它層采用EQ308L進(jìn)行堆焊,共堆焊三層。試件的坡口形式如圖所示。


3. 焊接過程


 共焊接三副試件,其中每個(gè)試件低合金鋼焊縫的焊接參數(shù)相同,但不銹鋼堆焊層采用不同的熱輸入量的焊接參數(shù)進(jìn)行堆焊,各試件的堆焊工藝參數(shù)見表。


 對(duì)于表中的熱輸入量,其計(jì)算公式如下:Q=U×I×60/v式中:Q——表示熱輸入量,單位為焦每毫米(J/mm);U——表示電壓,單位為伏特(V);I——表示電流,單位為安培(A);v——表示焊接速度,單位為毫米每分鐘(mm/min)。焊后及熱處理后對(duì)堆焊試件進(jìn)行了PT和UT檢測(cè),結(jié)果全部合格。PT檢測(cè)的合格標(biāo)準(zhǔn)符合ASME第Ⅲ卷的要求;UT檢測(cè)需要采用直探頭法進(jìn)行100%的結(jié)合面完整性及缺陷的檢測(cè),測(cè)試方法符合ASME第Ⅴ卷的要求。試件焊接完成后進(jìn)行了608±10℃/24h的消應(yīng)力退火熱處理。試件探傷合格后,在每個(gè)試件上分別制備4個(gè)橫向側(cè)彎試樣,試樣包括全部堆焊層金屬及母材全部厚度,并按照ASME規(guī)范第Ⅸ卷的要求進(jìn)行彎曲試驗(yàn),合格指標(biāo)為在彎曲后的凸面上沿任何方向測(cè)量,在焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)不得有超過3.2mm的開口缺陷。


 4. 試驗(yàn)結(jié)果與分析


 在試件1上制備的側(cè)彎試樣中,4個(gè)試樣均不合格,在堆焊層上不同程度地存在3.2-3.6mm開口缺陷,開口缺陷的數(shù)量較多,且均出現(xiàn)在EQ309堆焊層。在試件2上制備的側(cè)彎試樣中,有3個(gè)試樣不合格,堆焊層上存在2.4-3.0mm開口缺陷,開口缺陷的數(shù)量較試件1彎曲試驗(yàn)的開裂有明顯減少,但開裂還是出現(xiàn)在EQ309堆焊層。在試件3上制備的側(cè)彎試樣中,4個(gè)試樣均合格,沒有出現(xiàn)開口缺陷。為分析開裂原因,在試件1彎曲試樣的開裂處制備微觀試樣進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)分析,認(rèn)為在焊接過程中熱輸入量過大且道間溫度過高,造成晶粒粗大且馬氏體在晶內(nèi)和晶界處聚集引起脆化,致使彎曲時(shí)受拉伸力的作用沿晶界產(chǎn)生裂紋。


 為了能夠與試件1彎曲開裂部位微觀檢測(cè)形成對(duì)比,在試件3上相似部位同樣制備了微觀試樣進(jìn)行檢測(cè)。通過微觀分析,由于降低了焊接熱輸入量,且嚴(yán)格堆焊過程,馬氏體帶較試件1彎曲開裂部位明顯變窄,且晶界處的馬氏體量也較前一次焊接的明顯變少。


二、結(jié)論


 由分析結(jié)果可以看出,帶極埋弧堆焊的熱輸入量對(duì)低合金鋼焊縫表面的不銹鋼堆焊層,特別是對(duì)EQ309L堆焊層性能的影響比較大。隨著熱輸入量的降低,彎曲試樣的開裂程度呈逐步下降的趨勢(shì),晶界處的馬氏體明顯減少。在蒸汽發(fā)生器產(chǎn)品制造或焊接工藝評(píng)定過程中,應(yīng)對(duì)這種開裂趨勢(shì)引起重視,以便保證不銹鋼堆焊層的性能質(zhì)量。


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