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上上不锈钢第二十课: 双相不锈钢的焊接(三)

文章出处:人气:-发表时间:2016-03-18 13:56【

12.2 焊接工艺评定标题

对于标准奥氏体不锈钢,焊接工艺评定试验是相当简单的,仅进行一定数量的试验以证明材料、焊材和焊接方法是合格的。这些评定试验包括硬度试验和弯曲试验(分别检验马氏体和热裂),反映了长期使用铁素体、马氏体或奥氏体不锈钢时可能出现的问题。双相不锈钢满足这些要求没有困难,但是这些试验不可能发现双相不锈钢中可能出现的金属间相或过量铁素体问题。同时,由于需要限制在热影响区温度范围内的总时间,双相不锈钢的性能将对截面厚度和实际焊接操作的细节很敏感。因此,必须广义地考虑“评定”,即证明在制造过程中将使用的焊接工艺不会导致设计性能,特别是韧性和耐蚀性不可接受的损失。

对每种厚度和形状的焊接都进行焊接工艺评定是比较保险的做法,因为方案上的微小差别在实际制造结果中差别可能很大。然而,实际加工的复杂性使得这样的试验成本很高。因此,对双相不锈钢最苛刻的焊接条件(由截面厚度、填充金属和焊接方法确定)进行焊接工艺评定可达到节约的目的。

12.3 焊接方法标题

20世纪80年代初以来,第二代双相不锈钢商品化取得很大进展。由于对氮控制相稳定的作用理解有限,早期的观点集中在限制热输入方面。由于热输入的严格控制,许多更经济、熔敷率更高的焊接方法,如埋弧焊,被认为不适用于双相不锈钢。然而,双相不锈钢令人满意的性能,针对如何采用更经济的工艺作了很多努力。结果是除氧乙炔焊接因伴生焊缝的碳污染外,几乎所有的焊接工艺现在均可用于双相不锈钢

12.3.1 焊后热处理

气体保护钨极电弧焊(GTAW)有时也叫做惰性气体保护钨极(TIG)焊,特别适用于短焊道手工焊。对于简单的几何形状它可以自动操作,但作为大型设备大量焊接的主要方法一般是不经济的。由于许多加工即使把另一种工艺作为主要焊接方法也需要一些GTA焊接,因此,作为维修和局部修整目的,对GTAW工艺进行评定通常是恰当的。

设备

GTAW最好采用恒定电流电源,用高频电路辅助起弧。GTA焊应采用直流正极性(DCSP),焊条为负极。使用直流反极性(DCRP)会损坏电极。电极应为2%钍钨极(AWS规范5.12 EWTh-2类)。通过将电极研磨成顶角为30到60度、锥点为小平面的锥形,帮助控制电弧。在GTAW自动焊焊透过程保证焊透的理想顶角应通过实际生产中的一些试验来确定。

提高石油回收率的设备采用2507不锈钢。© Aquatech

大口径双相不锈钢跨境管道的机械化焊接。© Arco Exploration and Production Technology

填充金属

用于双相不锈钢焊接的填充金属多数是“匹配”的,但相对于与之匹配的锻轧产品,其镍含量一般更高。通常镍含量比锻轧产品高约2%~4%。填充金属中的氮含量一般略低于母材。普遍认为较高合金化的双相不锈钢填充金属适用于焊接低合金化的双相不锈钢。采用“匹配”填充金属焊接双相不锈钢奥氏体不锈钢或碳钢和合金钢可以获得令人满意的结果。

保护

像所有的气体保护焊接工艺一样,采用GTAW时,必须保护焊接熔池免受空气氧化和污染。通常采用惰性气体,氩气,纯度为99.95%或更高的干燥焊接氩气实施这种保护。

重要的是气体处理系统应清洁、干燥和无泄漏,可调节流量以供应足量气体,以及防止保护气体紊流和吸入空气。应在起弧前几秒钟启动气体,灭弧后再保持几秒钟,保持时间最好足够长,以使焊缝和热影响区冷却到不锈钢氧化温度范围以下。为保护焊条,使用常规气体扩散网屏(气筛)时建议流速为12~18l/min( 0.4~0.6cfm),使用常规喷嘴时要求流速为上述流速的一半。

焊缝背面用保护气体(也是纯氩)流速取决于焊缝根部体积,但应足以确保空气完全排净并使焊缝获得完全的保护(以没有回火色为准)。由于氩气比空气重,应从封闭体积的下部向上送气,吹洗氩气的用量最少为焊缝根部体积的7倍。

用纯氩保护可得到满意的焊接效果,但也有进一步改进的可能。添加高达3%的干燥氮气有助于保留焊缝金属的氮含量,尤其对于较高合金化的双相不锈钢而言。但发现加氮后增加了电极消耗,而加入氦可局部抵消这种影响。

应避免向保护气体中加入氧气和二氧化碳,因为它们会降低焊缝的耐蚀性。由于双相不锈钢中的铁素体相可能产生氢脆或氢致开裂,所以在保护气体和焊缝背面用保护气体中不应当使用氢气。

如果焊炬配有气体输送系统和水冷系统,则应对它们进行定期检查,以保证保存的气体干燥、清洁。

技术和参数

对于双相不锈钢来说,坡口、对准、根部钝边和间隙准备的均匀一致特别重要。虽然奥氏体不锈钢允许使用一些焊接技巧克服坡口准备的缺陷,但使用这些技巧却使双相不锈钢有在相应温度区间停留时间延长的危险。如果可能的话,不建议使用铜垫板,因为双相不锈钢对铜造成的表面污染敏感。

在焊接区外起弧会产生局部自熔焊焊点,冷却速度很快,导致局部高铁素体含量及耐蚀性的下降。为了避免产生这种问题,应在焊接接头上起弧。

应采用完全的气体保护进行定位焊。在根部焊道的起点不应当进行定位焊。理想情况下,为了避免定位焊引起的根部焊道开裂,根部焊道最好采用断续焊且磨掉定位焊缝或在焊接根部前局部修磨定位焊缝。

应仔细保持根部间隙宽度以确保根部焊道热输入和稀释的一致。应在焊接填充焊道前研磨根部焊道的起点和终点。各焊接道次间,应允许工件冷却到150℃(300℉)以下(对于标准双相不锈钢)和100℃(210℉)以下(对于超级双相不锈钢),以便后续焊接中使热影响区有足够的时间冷却。

用GTAW法焊接双相不锈钢时最常使用的填充金属为镍略高的“匹配”填充金属。更高合金化的双相不锈钢的匹配填充金属,如超级双相不锈钢填充金属已成功用于焊接2205母材。

一般使用的焊丝直径为1.6、2.4和3.2mm(1/16,3/32和1/8英寸)。焊丝应当清洁、干燥,使用前应保存在有盖容器内。在平焊位置进行焊接效果最佳。焊炬应保持尽可能接近垂直以使保护气体中吸入的空气量最少。

为满足多种材料厚度和接头设计要求,选择热输入的灵活性很大。按下列公式计算,热输入一般在0.5~2.5kJ/mm(15~65kJ/英寸)范围内。热输入(kJ/mm)=(V x A)/(S x 1000)其中V = 电压(伏特)A = 电流(安培)S = 移动速度(mm/s)或热输入(kJ/inch)=(V x A x 6)/(S x 100)其中V = 电压(伏特)A = 电流(安培)S = 移动速度(in/min)一般推荐的热输入:2304或经济型双相不锈钢:0.5~2.0 kJ/mm(15~50 kJ/in)2205:0.5~2.5 kJ/mm(15~65 kJ/in)2507:0.3~1.5 kJ/mm(8~38 kJ/in)采用GTAW焊接,如果有良好的气体保护,并适当地控制在某些温度的停留时间,则焊接的焊缝具有良好的韧性和耐蚀性。GTAW适用于各种场合的焊接。GTAW经常用来补充和完成采用其他焊接方法组装的大型构件。对各类可能使用GTAW的情况进行焊接工艺评定是很重要的。

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