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321不锈钢管与珠光体耐热钢管焊接工艺方法

来源:至德钢业 日期:2020-07-04 00:49:21 人气:65

  浙江至德钢业有限公司技术人员在对321不锈钢管和珠光体耐热钢管(12Cr12Mo)焊接时,用在珠光体耐热钢管的坡口表面堆焊过渡层或附加中间过渡段的方法,可以得到奥氏体和少量铁素体的双相组织的焊缝,焊接接头在500℃以上的条件下工作,提高焊接接头的热持久强度,取得较好的使用效果。锅炉管路修理维护过程中,经常进行珠光体耐热钢管(12Cr12Mo)与奥氏体钢321不锈钢管的焊接。由于珠光体耐热钢和奥氏体不锈钢是两种化学性能与金相组织完全不同的钢种,把这两种钢焊接在一起,那么焊缝金属是由两种不同类型的母材及填充金属材料溶合而成,焊接质量难以保证,我们采用用在珠光体耐热钢的坡口表面堆焊过渡层或附加中间过渡段的方法,经过反复试验和分析,最后得到满意的结果。现在作一总结。


一、焊接检验中出现的问题及原因分


 1. 焊缝在溶合区附近易产生热裂纹及珠光体钢在溶合区附近易热疲劳裂纹


 由于奥氏体不锈钢和焊缝金属的线膨胀系数比珠光体钢大30%~50%,而热导率却只有珠光体钢的50%左右,因此这种焊接接头在焊接过程中将会产生很大的热应力,尤其在冷却速度较快,当热应力大于焊缝金属的抗拉强度时,焊缝在靠近珠光体钢一侧易产生热裂纹。此外,较大温差的交变温度条件下工作时,由于珠光体钢一侧的抗氧化能力较差,易被氧化形成氧化缺口,在反复热应力的作用下,缺口沿着薄弱的脱碳层扩展,形成热疲劳裂纹。


 2. 焊缝易产生延迟裂纹


 由于氢在不同的组织中的溶解度不同,而且和温度有关。在500℃时。氢在奥氏体钢中的溶解度为4mm/100g,而在珠光体钢中的溶解度为0.75mm/100g。在100℃时。氢在奥氏体钢中的溶解度为0.9mm/100g,而在珠光体钢中的溶解度为0.2mm/100g。氢在奥氏体钢中的溶解度为约为在珠光体钢中的溶解度的4.5倍,焊缝金属上由98%左右的奥氏体和少量的铁素体组成,在结晶过程中,奥氏体和铁素体非常接近,氢气可以扩散、聚集,而且最后残留在焊缝中的氢较多,容易形成白点,使焊缝的塑性和韧性下降,为产生延迟裂纹形成条件。


3. 溶合区碳的扩散,而且易发生晶间腐蚀


 由于珠光体钢的含碳量较高,但含碳化物形成元素较少,而在溶合区另一侧奥氏体区的含碳量很低,这样,较窄的溶合区两侧的含碳量差异较大,当接头在温度500℃以上工作时熔合区产生碳的扩散,即珠光体中的碳通过熔合区向奥氏体中扩散。结果在靠近熔合区的珠光体母材形成脱碳软化层,而在靠近熔合区的奥氏体母材形成增碳硬化层。碳在500℃°C以上的扩散速度大于铬的扩散速度,碳将不断向奥氏体的晶界扩散并与铬化合形成Cr23C6,由于铬的原子较大,扩散速度较慢,来不及向晶界处扩散,晶界附近的铬和碳形成Cr23C6,而造成奥氏体晶界贫铬。当晶界处的含铬量低于12%时,将失去抗腐蚀的能力,高温腐蚀介质的作用下,晶界回产生局部腐蚀,即晶间腐蚀。


二、解决方法及工艺措施


 1. 在珠光体耐热钢的坡口表面堆焊过渡层


  在珠光体耐热钢坡口的表面上采用含钒、铌、钛等碳化物形成元素的珠光体耐热钢焊条(E5515—B2VNb)堆焊一层5-6毫米厚的过渡层,限制和减少珠光体耐热钢中的碳向奥氏体不锈钢焊缝的扩散,有效防止晶间腐蚀;然后再应用较小的焊接电流和较快的焊速,采用奥氏体不锈钢焊条(E309—15)多层多道焊完成焊缝的焊接,减小过渡层的熔化量。经检验金相试验,焊缝熔合区组织为90%的奥氏体和10%铁素体的双相相组织,并未发现马氏体组织。


 2. 附加中间过渡段


  由于珠光体耐热钢和奥氏体钢不锈钢焊接接头在500°高温的条件下工作,为了提高接头热持久强度,如附图所示,在珠光体耐热钢(12Cr12Mo)钢管和奥氏体321不锈钢管之间附加12Cr12MoV过渡管。首先采用铬钼耐热钢焊条(E5515—B2—15)焊接12Cr12Mo钢管和附加12Cr12MoV钢过渡管之间的对接焊缝,再采用奥氏体不锈钢焊条(E309—15)焊接附加12Cr12MoV钢过渡管和1Cr18Ni9Ti钢管之间的对接焊缝。经检验金相试验,焊缝熔合区组织为98%的奥氏体和2%的铁素体组成,并未发现马氏体组织。


  奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)和珠光体耐热钢(12Cr12Mo)采用奥氏体不锈钢焊条(E309—15)焊条焊接时,焊缝金属的性能完全取决于金相组织,由舍夫勒相图可知,焊缝金属金相组织是奥氏体和少量铁素体的双相组织,如果焊接接头在500℃以上的条件下工作,为了提高焊接接头的热持久强度,应采用在珠光体耐热钢的坡口表面堆焊过渡层的方法或附加中间过渡段的方法可以获得满意的效果。



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