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压力管道低碳钢与321不锈钢焊接裂纹的产生原因及预防措施

来源:至德钢业 日期:2019-12-27 11:14:52 人气:307

   在石化装置工程施工中,有许多奥氏体不锈钢直接与低碳钢焊接,321不锈钢内的介质为腐蚀性的物质,管线内的压力又高达几十兆帕,焊缝长时间受高压、腐蚀介质的作用,有很多焊缝在靠近碳钢的侧出现了裂纹,若不能及时补焊,不仅浪费能源,恶化环境,而且还会给装置的投产带来很大的影响。除碳元素外,没有加入其它合金元素的钢,是低碳钢。一般不具有什么耐腐蚀的能力。硬度比纯铁大。奥氏体不锈钢是指含铬(Cr)量大于等于13%,在大气中不生锈的合金钢。奥氏体不锈钢管一般不具有磁性,不同的不锈钢管抵抗腐蚀的能力不同,对不同介质的抗腐蚀性也不同。低碳钢与奥氏体不锈钢的区别,一般认为,首先在于耐腐蚀性能方面,有着其它钢种无法替代的作用,比如奥氏体不锈钢管优异的机械性能使其应用在各类制造业中。在日常生活中我们接触较多的有奥氏体型不锈钢(有人称之为镍不锈)。奥氏体型不锈钢典型的牌号为0Cr18Ni9,即“304”和1Cr18Ni9Ti。


一、低碳钢管和奥氏体不锈钢管在物理性能、化学性能和机械性能上的差异。


1. 物理性能 


  321不锈钢与Q235钢管相比,低的热导率,不到低碳钢的1/3倍。高的电阻率,为低碳钢的近5倍。大的线膨胀系数,比低碳钢高40%左右。


2. 化学成分


  321不锈钢与Q235钢管化学成分的比较,两种金属的化学成分存在着较大的差异,321不锈钢中不但含有较高的合金元素,而且含碳量也比Q235钢低60%左右。当两种金属焊接时,Q235钢就会对焊接接头进行稀释,造成焊接接头的组织成分分布不均匀。


3. 机械性能


  321不锈钢与Q235钢的机械性能相差较大,焊接时就会存在一定的困难,焊接接头就会出现应力分布不均匀的现象,导致焊缝产生裂纹。


二、石化装置压力管道的Q235钢与321不锈钢阀门连接的焊缝,进行补焊时所产生裂纹的问题进行分析,原因有以下几个方面:


1. 补焊时,由于时间太紧,开的坡口小,造成焊接接头中溶入过多的Q235钢成分,熔入的母材对焊缝金属有稀释的作用,使焊缝中的奥氏体形成元素的含量减少,导致焊缝产生裂纹。


2. 焊接接头的塑性和韧性降低,导致焊接接头产生裂纹。焊接Q235钢管与321不锈钢时,焊接接头塑性和韧性降低的主要原因,是在熔合区出现脆性层,其原因有:①在焊接时,由于熔池边缘金属的温度较低,流动性较差,使熔化的母材金属和填充材料不能充分混合,其结果是在Q235钢管一侧的焊缝金属中,Q235钢的成分所占比例较大,而且越靠近熔合线,母材所占比例越大。这样在低碳钢母材一侧的熔合区金属中,容易形成与焊缝金属内部成分不同的脆性层,脆性层的宽度为0.2mm至0.6mm.②由于Q235钢管含碳量比321不锈钢高,合金元素含量较少,因而使得Q235钢管对焊缝金属的稀释作用较强,使熔合区的脆性层中含铬、镍量减少,造成脆性增加,塑性和韧性下降。


3. 由于两种金属性能上差异很大,导致焊缝出现裂纹。在焊接Q235钢管与321不锈钢时,由于不锈钢的线膨胀系数、电阻率都碳钢大,而热导率又比低碳钢小,焊接后焊缝内部会产生很大的热应力,当热应力值超过焊缝金属的强度极限时,就会沿熔合线产生裂纹。


三、对出现的裂纹采取的方法和措施


根据Q235钢与321不锈钢焊接时产生裂纹的原因,采取了以下方法和措施:


1. 严格控制焊缝的熔合比。实践证明,在Q235钢管与321不锈钢管焊接时,焊缝熔合比控制在30%以下,能有效的防止母材金属对焊缝金属的稀释作用。主要是通过选择焊接方法、坡口形式、坡口大小和填充材料,来控制熔合比。对Q235钢管与321不锈钢管焊缝进行补焊时,由于条件的限制,在选择焊条电弧焊的前提下,就应该选择A307焊条,U型坡口或大V型坡口,并且坡口两侧50mm都要清理干净,使得焊缝金属的抗裂性能显著提高。


2. 采用过度层。焊接Q235钢与321不锈钢时,可先在Q235钢的坡口表面上,用含铬、镍量高的焊条堆焊一层奥氏体过度层。先用A307或A302作为过度层,在碳钢一侧的坡口面上堆焊一层,然后再选用A102焊条将过度层与lcrl8Ni9Ti不锈钢焊接。这样,不但脱碳层区域变小了,而且也减小了熔合比,降低了焊缝产生裂纹的可能性。


  低碳钢与321不锈钢异种材质对接焊接中,按石油化工的规范对焊接工艺进行了工艺认可,所有的无损检测和性能检测均符合规范的要求验证了此焊接方法的可行性;同时,在石油化工产品上,效果良好,更加充分地验证了;只要采取恰当的焊接手段、精细的工艺措施,加上选用理想的焊接材料,低碳钢与奥氏体不锈钢异种材质是完全可以焊接连接,并获得良好的焊接接头和使用效果的。


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本文标签:321不锈钢 

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