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1、俘 掳生产应用双相不锈 钢 焊接工艺试 验研究上海振华港口机械(集团)股份有限公司(200125)刘建波付俊黄巍摘要介绍 了A S TMA 790U NS$318 03双相不锈钢的性能特点。通过焊接工艺试验，确定了该双相不锈钢的焊接1二艺。采用适当的焊接工艺和技术措施，严格控制层间温度和焊接热输入，焊缝及热影响区获得了适当比例 的铁素体+奥氏体双相组织。焊接接头具有 良好 的力学性能和耐腐蚀性能。关键词：双相不锈钢焊接热输入焊接工艺中图分类号：TG4060前言2焊接工艺评定试验双相不锈钢具有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的双重性能，固溶组织中既有 奥氏体组织又有铁素体组织，且 两种组织大约各 占5
2、0，是近几年发展 比较快的一种新型不锈钢材料。它具有优良的力学性能、耐腐蚀性能，以及良好的焊接性，在石 油及天然气的输送、海洋工程、化学工业等行业具有广阔的应用前景。上海振华港机公司为国外公 司制造 的采油平 台项目中部 分 管道首次应用 了牌 号 为AST MA790U NSS 31803的双相不锈钢。为充分了解双相不锈钢的性能特点，保证焊接质量，对该 钢进行了焊接工艺试验，通过试验基本掌握了该双相不锈钢的焊接工艺特点。1双相不锈钢 的焊接特性双相不锈钢具有良好的焊接性，由于钢 中C，S，P等杂质元素含量较低，焊 接 热裂纹、冷裂纹敏感性低。由FecrNi三元相 图可知，双相不锈钢在高温下是
3、100的铁素体，连续冷却过程中会发生铁素体组 织向奥氏体组织转 化 的相变，在平衡条件下或非快速冷却条件下，部分铁素体会保留到室温，获得了适当比例的奥氏体+铁素体双相组织旧 0。如果双相组织中铁素体含量70，也会降低 耐腐蚀性 能和低温冲击性能”】。双相不锈钢焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能取决于焊接接头能否保持适当的铁索体+奥氏体双相组织。焊接工艺参数对焊缝及热影响区的组织有很大的影响，合适的焊接工艺参数和一定 的技术措施相结合能够保证焊缝及热影响区的组织和性能M0。收稿日期：20081022542009年第6期21试验管材AST MA 790U NSS 318 03试验管材AST MA790
4、U NSs 31803(225型)属 于第二代双相不锈钢，它是一种 含 氮 的超低碳不锈 钢。试验采用的管材规格为61683m m110m m，管材中铁素体组织含量为4 7，其余组织为奥氏体，母材的金相组织如图1所示，化学成分见表1，主要力学性 能见表2。与第一代双相不锈钢(185型)相比，该钢进一步降低了C含量，提高了Mo的含量，同时加入 了奥氏体形成元素N，提高了该双相不锈钢的力学I 生 能和耐腐蚀能力。图1母材的金相组织表1AST MA790U NSS31803钢化学成分(质量分数，)Cs iMnPSCrMoNiNFe0019060 079002200012248 31954 3016余
5、量22焊接方法为了保证焊接质量，控 制焊接接头焊缝和热影响区的组织和性能，并结合实际生产情况提高生产效率的要求。对于小管径和薄壁管材采用钨极气体保护电钐脚施锄生产应用r蜉掳表2A S T MA790UNS$31803钢 的力学性能弧焊(GT A W)，而对于大管径 及厚壁管材 采用钨极气体保护电弧焊打底+焊条电弧焊(SMAW)填充 的焊接方法。23焊接材料对于焊后不热处理直接使用的A790U NS$31803双相不锈钢，选用 的焊接材料化学成分镍 含量要比母材金属高些，同时需含有一定数量 的N元素。加N不仅能延缓金属问相 的析出，而 且能提高焊缝金属 的强度和耐腐蚀性 能。实际 选 用的焊丝牌
6、 号为BOEHL E RC N229 NIG，直径为20mm；焊 条 牌号 为B OEH LERFOXC N 229NB，直径为32mm，化学成分见表3。表3焊接材料熔敷金属的化学成分(质量分数，)24焊接位置施焊位置为全位置焊，即管子倾斜4 5。并固定，焊接方向为立向上，用钨极气体保护 电弧焊 打底并要求根部单面焊双面成形。25坡口形式对于焊接坡口形式，应 尽 量考虑焊接层数和填充金属量。为了防止母材金属的氧化和铁 离子 污染，保证焊接坡口的质量，采用机械加工的方法制备坡口，焊接坡口形式及尺寸如图2所示。图2坡口形 式及尺寸26保护气体钨极气体保护电弧焊(G TAW)时，焊接过程中正面用99
7、99Ar保护。为了保证根部焊缝不被 氧化，影响其耐腐蚀性能，背面也需充9999Ar保护，如图3所示。当背面保护气 中的氧气含量小于05后才能进行焊接，背面氧气含量用专用测氧仪进行测量，如图4所示，直到焊缝厚度达到8mm后才能停止背面充Ar保护。图3焊接时背面充Ar保护图4背面氧气含量专用测氧仪2009年第6期55?俘 掳 生产应用 2 7 焊接工艺参数的选择及控制 由于焊接过程是一个 快速加热、快速冷却 的热循 环过程，双相不锈钢焊接 时如何控制冷却速度从 而保 证双相组织的比例平衡成为该钢焊接的关键。若焊接 过程采用过低的热输入，工件冷却速度过快，焊缝及热 影响区会产生过多 的铁素体 和氮化
8、物，从 而降低焊接 接头的抗腐 蚀能力及韧性。若采用过高 的热输入，工件的冷却速度过慢，铁素体组织 晶粒粗大，焊缝及热 影响区可能析出金属问相，也会使焊接接头的抗腐蚀 能力及韧性降低 J。因此，保证双相不锈钢焊接接头 良好性能的最重要措施 就是控制焊 接接头的冷却速 度，也就是控制焊接热输入。焊接试验 时焊接热输入 控制在 0 61 5 k J m m，并且最高层 间温度不能超 过 1 5 0 o C，主要焊接工艺参数见表 4和表 5。表 4钨极 气体 保护 电弧焊(G T A W)主 要焊接工 艺参数 2 8 焊接过程中的技术措施 双相不锈钢焊接时，除 了严格控制工艺参数外，还 需严格遵照下
9、列注意事项和技术措施，才能保证 良好 的焊接质量。(1)清理坡 口：采用机械或化学方法，对焊接坡 口 及两端的氧化皮、油脂、灰尘、水 和污染 物等进 行彻底 清理；(2)清理工具如钢丝刷、敲渣锤等由不锈钢制成，打磨用的砂轮必须专用于打磨双相不锈钢；(3)不能直接根部点焊定位，采用 同材质 的小定 位块定位装配；(4)密封坡 口：定位块定 位好后，用贴 纸密封 坡 口，并背面充 A r 保护；(5)焊接完成后，立 即使用专用 的不锈钢丝刷趁 热擦刷焊缝表面，消除焊缝表面的氧化色，以防止焊接 接头耐腐蚀性能的下降；(6)采用大直径喷嘴，加大保护气体流量，提高气 体保护效果；(7)采用非接触式高频引
10、弧；(8)尽量采用多层多道焊，焊接时不需预热，层间 温度小于 1 5 0 o C，并严格控制焊接热输人。56 2 0 0 9年第 6期 3 工艺评 定试 验结 果及分 析 焊接工艺评定采用 A S ME S e c t i o n I X 及 A S ME B 3 1 3 标准，各项性能试 验按照标准及业主要求进行。试验 项 目不仅包括常规的缩减断面拉伸、横向弯 曲、夏 比 V 形缺 口低温冲击和硬度试验，还包括焊缝和热影 响区 的铁素体含量测试和点腐蚀试验、焊缝金属 的化学成 分分析。主要力学性能试验结果见表 6，焊缝和热影响 区铁素体含量及点腐蚀试验结果见表 7，焊缝金属的化 学成分测试结
11、果见表 8。从表 6 可以看出，焊接接头的抗拉强度高于母材 标准的下限要求(6 2 0 M P a)，接头拉伸性能符合要 求。面弯和根弯试样弯 曲 1 8 0。，没有出现缺陷，表明焊 接接头具有 良好的延塑性。焊缝及热影响区低温 V形 缺口冲击试验，符合 设计及业主要求并 且满足 A S T M A 9 2 3标准3 4 J的要求。从表 7可 以看 出，按 A S T M C A8方法 A标准，在 6 F e C 1 溶液浸泡 2 4 h进行抗点 腐蚀试验，试样表面没有出现点腐蚀，且失重率 1 g X m，表明焊接接头具有 良好的抗氯离子腐蚀性能。焊缝和热影 响区的金相组 织如图 5及 图 6
12、所示，焊缝和热影响区均为铁素体和奥 氏体组织，没有出现 表6主要力学性能试验结果注：vwr一焊缝中一tl,，V FTI一熔合线；夏比V型缺口冲击试样规格5m mX10m mX101 33111。表7铁素体含量及点腐蚀试验结果(a)焊缝(b)热影响区图5G T A W焊缝及热影响区金相组织(a)焊缝(b)热影响区图6G TAW+SMA W焊缝及热影响区金相组织2009年第6期57+单相铁素体及金属 间析 出相，且在铁素体基体上均匀 分布着相间的条块状奥氏体。焊缝和热影响区部位 中 的铁素体含量为 3 0 5 5。从表 8可 以看 出，焊缝 的主要化学成分为 C r，Mo，N i，N，其 中 C
13、r，M o是铁素体 形成元素，而 N i，N则是奥氏体形成元素，合金成分保 证了金相组织为铁素体+奥氏体双相组织，从而保证 了焊接接头良好的耐腐蚀性能及力学性能。4结 论(1)了解 了 A S T M A 7 9 0 U N S S 3 1 8 0 3双相不锈钢 的性能特点和焊接特性，做好焊前 的各项准备工作，采 用适当的焊接工艺 和技术措施，是其双相不锈钢焊接 成功的关键。(2)合理选用焊接材料，采用较小 的焊接电流、多 层多道焊接技术，严格控制层 间温度 和焊接热输入，焊 接接头具有 良好的力学性能及 耐腐蚀性 能，评定结果 满足相关标准要求，应用前景广阔。(3)为了保证焊接质量，并 结合
14、实际生 产情况保 证生 产效率 的要 求，对 于小 管径 和 薄壁 管材采 用钨 极气体保护 电弧焊，而对于大管径及厚壁管材可采用 钨极气体保护电弧焊打底+焊条电弧焊填充的焊接方 法。参考文献 1 马毓华双相不锈钢的性能与应用 J 甘肃科技，2 0 0 4，2 0(1 0)：4 9 5 1 2 陈祝年焊接工程师手册 M 北京：机械工业出版社，2 0o 2 3 邢卓双相不锈钢 2 2 0 5的焊接 J 管道技术与设备，2 0 0 6(1)：2 83 O 4 张文钺，侯胜昌双相不锈钢的焊接性及其焊接材料 J 焊接技术，2 0 0 4，3 3(1)：4 0 4 2 5 方伟秉铁素体 一奥氏体型双相不
15、锈钢的焊接性 J 化 工装备技术，1 9 9 7，1 8(3)：3 9 4 3 6 李为未，曾君，马开阳，等 2 2 0 5双相不锈钢管焊接工艺 评定 J 现代制造工程，2 0 0 6(1)：8 6 8 7，9 6 作者简介：刘建波，1 9 6 3年出生，大学本科学历，高级工程师，主要从事焊接管理工作。奥 氏体 不 锈 钢 堆 焊 层 熔 合 区剥 离原 因分析 抚顺化工机械设备制造有限公 司(1 1 3 0 1 5)任立阳纪强 辽宁 石油化工大学(抚顺市1 1 3 0 0 1)张莹莹高磊 摘要使用超声波检测热壁加氢反应器 时，发 现剥 离裂纹。采用奥 氏体不 锈钢 双丝带 极埋弧 堆焊 2
16、2 5 C r l M o 钢试板，根据奥氏体不锈钢的焊接性，提出了合理的焊接工艺参数。通过对 2 2 5 C r 一1 M o奥氏体不锈钢堆焊 试件，模拟加氢反应器不同工况条件下运行试验，然后对堆焊试件解剖，并进行无损检验、力学性能测试、显微组织 观察等，分析堆焊层熔合区剥离的原因及形成过程，为以后加氢反应器的安全运行和完善操作条件提供依据。关键词：堆焊层显微组织力学性能氢致剥离 中图分类号：T G4 5 5 0 前 言 近 3 0年来，加氢技术发展迅速，加 氢反应器 由内 部衬非金属隔热层的冷壁结构发展成为壳体 内壁堆焊 不锈钢层 的热壁结构，即热 壁加氢反应器。热壁加 收稿 日期：2 0 0 80 8 0 7 58 2 0 0 9年第 6期 氢反应器具有有效体积利用率高、施工周期短、生产维 护方便、器壁不易过热及安全可靠等特点，被世界各 国 普遍应用。但是，近几年在对服役反应器超声波检测 时发现剥离裂纹。剥离一般发生在熔合线附近且平行 于堆焊过渡区，对反应器 的功能暂时影 响不大，但大范 围的剥离可能导致 内部衬 的脱落，造成巨大损失。为 此，文 中主要针 对这个 问题，通过对 2 2 5 C r 一1 M o