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1、1 0 安 装 l 9 9 3年 4月 。技术 奥氏体不锈钢自动埋弧焊接 J 工艺试验及应用 龟 7 t (江西省 工业设备安装 公 司)I 摘 妻 l 从 焊 缝 金相 学 和 力 学 的角 度 对 真 氏 体不 锈 钢自 动 埋 弧焊 进行j I艺 试 验 与研 究 通过 探 索焊接 线能量对焊缝组 织状 态、力学性 能 的影响规 律，用 自动埋弧焊 成功 地 焊接 1奥 氏体；K-锈钢 焊缝 成形、接-R,性能 良好 取得 1显著的经济 效益。施 能 荐 。雌 或措 施 生 产 l应 用 V 回 i 干 前 曹 我 公司 承接 了 l 2台 不锈钢 压力容 器一一 大型机械搅拌发酵罐的生
2、产任务，经综合研究，决定 采用 自动埋弧焊 的方式 进行焊 接。埋 弧焊 的输入线 能量大 用于焊接 导热性 差、敏化温度 范围宽、晶粒 易长大 的奥 氏体 不锈 钢时 对焊缝组织和力学性 能都有极为不利的 影 响。文疆 过对各种焊接 能量 参数下接 头的组 织。力学性 能的试验研究，探索 出较 为完 善 的焊 艺，解决了影响质量的关键问题，转工艺试 驰 按 照设计 图样、技术条件 和 有关压 力容器 制造规定，结 合生产实 际，以 I 型坡 口双面焊和 V 型坡 13双 面焊 接头型式，分 为 2组，每组进行 碳弧气刨清根与不清根、空冷与水冷及稳定化 退火 几种 状态进行 工艺试验 整个试验
3、 采用外 观检 验、射 线探伤、化 学成分 分析、金相组 织分 析、机械性 能试验、斜 y抗 裂试 验、品间 腐蚀倾 向试验等检测方法，探索焊接能量参数适应范 围和缺 陷敏感性，以期莸得较完 善的焊接 工艺 1 焊 接材料的选择 容器 主体材料 为 1 C r l 8 Ni g Ti 板材，厚 度分 化学 成分 机械 性 能 材 料牌 号 C Cr f i S M Pa HR B 晶同腐 错 1 Cr l 8 Ni g T 1 7 0 0 8 0 0 5 3 9 I 4 0 9 0 (标准值)0 1 2 1 O 0 20 0 1 9 00 I一 】1 0 0 3 6 0 0 3 5 1 Cr
4、l 8 N L 9 T 0 6 25(出r 复暄 值 j D 6 5 0 0 1 0 O 3 1 4 5 4 6 9 3 台格 6 3 0 H 0 Cr 20 N_ 1 0Ti I 7 7 1 01 3 0 0 0 1 0 0 O 2 0 (I 复验 使)H 0 Cr 2 O N i 1 O T 09 3 1 6 7 1-2 1 1 9 3 5 9 9 5 讥O 1 7 0 0 4 1 6 2 e 3 7 4 O 合格(培微 金属测 定攸)维普资讯 http:/ 第 2期 毛向荣莘 奥 氏体 不锈龋 自动埋 姒焊接工 艺试验及 应用 儿 别为 1 2、1 4、t 6 ram。其它容器 板材厚度
5、 为 6、8、l o mm。试验选 1 2 mm 板材 为主 其 化学成分、机械性 能见表 1。选 择 焊 丝时 综 合 考虑 了焊 接接 头 的等 强 度、抗晶间腐蚀能力、补偿焊剂有 害元 素的掺入 和提 高接 头塑性 等 因素 选 用 了化学 成分较 纯 净的低 碳 奥 氏体 型 HO Cr 2 0 Ni l 0 Ti(化学 成 分、机械性 能见表 I)。参 照 GB 1 2 2 5-7 6 焊 条检验 包装 和 标记 中的技术要求，进行了焊缝纯熔敷金属的试验，其 化学成分、机 械性能结果 见表 1、金 相分析 见 图 照 7 与 基体 材料相 比，熔 敷金 属 化学 成分变 化 不大，焊
6、缝 中含碳量低(0 0 3 5)，且含有 0 6 1的 钛。由图 1可 见 该焊丝所属无 晶间腐 蚀区域很 大，微量有 害元 素掺八对焊 缝 良好 的抗蚀性 没 有 多大影响。焊缝具有等 强度和 良好的塑性，后 文 中的 晶间腐 蚀倾 向试验 表 明，该焊 丝具有 良 好 的 抗 蚀 性【哦 钛时 l 8 8铡 晶间腐 蚀的 响 由于受市场供应限制，焊剂选崩常见的低 锰高硅 中氟 型 HJ 2 6 O，纯熔 敷金属试验表 明，该 焊 剂对焊缝性 能影响不大。2 焊接 能量参数选 择试验 试 验 采 用 l 2 mm 板，按 GB 9 8 6-8 9 自动 埋弧焊接 头基本型式和尺寸 选 用 1
7、型、V型分 为 2组，分别 3种状态焊接，焊接 能量参数选 择 由小 到 大，以 3 0 A 为一等 级 逐级递 增，各 级 焊接试 样均 进行 外观质量、射线探伤、机械性能 表 2 8 l 2 1 8 8钢 自动 埋弧蟑 工 艺试 驻参 数 试样 接 焊材 焊接 L芝参数 璇 气刨工艺参数 编 号 式 焊 埋 脾 号 规 错 焊 接 电 佩 电 佩 电 雎 焊 摇 退 腰 碱 棒 规格|乜沉 递 厦 备 往 焊 剂(ram)(A)f )(rut h)(A)(m h)4 2 O 4 5 0 2 9-3 l 3 2 3 3 丰 焊 透 4 5。4 7 0 2 8 3 0 4 6 0 4 8 0
8、1 1 2 2 8 3 2 4 7 0 5 O 0 4 0 0 48 0 060 S0 -4 7 0 5 0 0 6 0 4 8 0 5 00 1 l 4 2 8 3 3 3 2 3 3 49 0 5 20 5 蛐 5 j 0 爱 格 1 5 0 8 3 2 5 帅5 0 0 HO Cr 2 0 0 4 0 5 5 5 0 2 83 2 3 2 33 挎 鲁 格 N【1 0 Ti 5 4 0 5 6 0 2 1 HJ 2 6 0 j 0 6 0目 3 8 0 4 0 0 2 90 2 3 2 3 3 杀 掉 透 4 3 043 O 4 0 0 42 0 2 2 2 93 2 台格 4 3 0
9、4 5 0 4 0 0 4 2 0 鹊 上 3 2 3 2 3 3 06 0 3 5 0 ；0 23 碳刨不 音辅 4 3 0 4 5 O 2 8 0 6 0 4 3 0 4 j 0 2 2 3 2 3 2 3 3 台格 5 O 0 5 5 0 5D 0 5 5 0 2 93 2 3 2 3 3 音格 5 6 0 5 B 0 5 0 O 55 0 2 6 2 93 2 3 3 3 3 求冷 台拮 5 6 0 5 8 0 维普资讯 http:/ 1 2 安 装 1 9 9 3年 4月 检测，表 2、表 3是经筛选 的典型 数据。试验 结 果证 明，焊接 能 量参数 对冷弯 曲角 r，r 有显著
10、的影响，焊接 线能量(q 一)越大，冷 弯 裂纹越 长，反之，冷 弯裂 纹越短(见图 2)。I型坡 口双 面焊 时，输 入的焊接 线能 量 既 要保 证双 面焊透，又要保证 冷 弯曲时不 产生裂 纹，在 这两 者之间 可供 选择 的能量 参数范 围较 窄。V 型坡 口可 较大 程 度降 低焊 接 输 入线 能 量，所 以选择能 量参 数范围较宽，详见 图 3。l 鐾 l l 图 2 t 2 mr a扳焊 接线 能 量 与玲 弯裂 纹关 系 ，圈 3不 同 材 料 厚 度 焊 用两组冷弯裂纹长度 不合 格的大参数焊 接 试板，焊后 立即水冷 表 2、表 3中的 1 6、2 6 试样均合格。试 验
11、表 明 焊后水冷能使接 头迅速 地避开 敏化 区危 险温度范 围(4 5 0 8 0 O)，有 效地抑 止 了碳化物 和有害 相的 析 出，细化 了晶 粒，提 高了塑性。碳弧气 刨 的重复 加热 和渗 碳，使 1 8 8钢 机械性能恶 化，表 2、表 3中的 1 3、2 3试 样 采用合格的参数焊接，经 碳弧气刨清根，冷 弯 曲 试验 均不合格。3 金 相组 织分析 经机械 性能 试验合 格试 样 图照 1为基 体 材料，组织 为奥 氏体+少量 铁索体+Ti(N、c)，晶粒 为 7 8级 图照 2焊缝 区是奥 氏体 桂状 枝 晶结构，有少 量呈 圆球 状(黑 灰色)的 N、C相。图照 3所示热
12、影响区窄小，熔 合线分 明，组织 为 奥氏体+铁 素体+Ti(N、c)相，晶粒度为 6 7 级。接线能量范围 从金相照片可见，焊 接接 头各部位均不 同 衰 3 真氏体不锈锕自动埋弧焊工艺试验检谢班 目 试样 外珊性验 x射线 摊 1 冷 弯 曲试 验 抗拉 强 度 硬 度 抖后 处理状 编号 MP a HRB 卷 厦结论 形状、尺 寸 表 面献陷 缺 陷 名称 等级 局部束焊 避 1一l 宽 ；：!无 毁 不 合 格 空 冷 不 合 格 总 长 6 0 ra m 2 0 3 0 12 无 无【合格 无 裂纹 5 8 8 空狰 台格 2 25 3 2 2 O 5 3 1 无 无【合格 面弯：裂
13、纹 长 1 E 碳弧气 刨试 l 2 2 0 3 O 背 弯 r 5 0 6 2 5 样不 台格 1 轴。2 2 0 2 8 无 无 i 合格 横裂0 8 5 9 4 空狰台格 2 40 2 8 _ 2 1 5 2 8 横 裂 1 5 15 无 无【合格 5 9 0 空玲不合格 2 30 3 0 22 5 3 O 16 乇 无【合格 横 裂 O 5 5 9 0 9 5 求 狰 台格 2 35 3 2 2 1 0 1 2 局 部束焊 透 1 9 0 2 ；无 级不合 格 空狰 不 合格 总长 3 0 ram 2 1 5 l l 2 2 2 无 无 i旨格 无 裂纹 空狰 台格 1 6 5 2 8
14、 2 2 5 l l 3 横 裂 1 0 碳弧气 刨试 2-3 无 无 i合格 6 3 2 1 8 0 2 8 样 不 台格 23 0 1 2 2-4 无 无 i合格 无 裂纹 6 2 5 9 7 空狰 台格 l 85 3 O 2 3 5】0 横 裂 0 6 一5 无 无【合格 9 8 空冷不 合格 l 90 2 8 5 8 2 3 O 1 2 无 l合格 无 裂纹 B 2 5 水 冷台格 1 9 0 2 9 j#维普资讯 http:/ 第 2期 毛 向 茕等：里 氏体 不 锈 镉 自动 埋 弧 焊 接 工 艺 试 验 及 应 用 程度地存在少量铁索体。在焊接线能量较 小时 铁 素体 小 质点
15、 或短细 线状存 在 而且分 散度 较高 有效地抑 止了奥 氏体长大 改善 了接头机 械 性 能 随着焊接 线 能量的 增大 焊缝 温 度在 自然 冷 却条 件下冷 却速度 降低，铁 索体 沿 l 8 8钢 伪二元 状态 图 中 G K 线(二 次铁 素体形 成 温 度 浓度线)析出量增 多，由原来 的分 散点状 聚 成 线 状 进 而 长 大 成 条 带 状。图 照 4为 3 7 5 6 2 J c m 线能 量焊 接接 头的热影响 区铁 索体 分布状态。“由于铁索体组分 为 Q、8相 成独立 的带 状分 布，1 8 8钢 的这 种带 状组 织 造成 了 它的各向异性 使冷 弯曲变形发生困难
16、”。1 焊 接接 头 在 接近 9 0 0 c缓慢 冷却 时，奥 氏 体晶粒(主要沿 晶粒 边缘)开始析 出碳化物，并 且冷却速度越慢，析 出的碳 化物 也越 多，因而使 奥氏体稳 定性 下降(同时形成二次铰 素体)。圉 照 5中形成 的链状碳化物是较大焊 接线能量的 产物，显然降低 了接头截面承载 能力 在 焊接 热 循环 作用 下，】8 8钢 晶粒 度 有 明显长大倾向，不同线能量与晶粒度呈图 4所 示线性关 系。晶粒 度达 5 级 以上冷弯曲角均未 出现超标裂纹。I l 口 a r。l 亩高 -，矗 图 4 线 能 量与 晶 粒 度 关 系 图照 7所示针 收马 氏体，是 熔 敷金 属
17、试 验 的试板，经剪切、校正后 产生的“这与应力应变 速 率 有美，速率 大 到 一 定 值 时 就 会 产 生 马 氏 体”。1 4 晶 间腐 蚀倾 向 试验 试 验 按 GBI 2 2 3 7 5 不锈 l耐 酸钢 晶 问腐 蚀倾 向试验 法 中 T法进 行，试 样在硫 酸铜 溶 液 中 2 4 h沸 腾 后 经 4 0 0倍 金 相 检查，结 果 表 明：、二 级合格试 样其拎 弯 角也 合格，三级 试 样冷弯 角不 台格。5 其它试验(1)极性接 法和 熔深试验 一 各种参考资料对奥 氏体不锈钢埋 弧焊 的极 性接法众说不，为此试验采用正反两种极性 接法，用 同样大 小的焊接 参数分
18、别在：r蕴试 板 单面施焊，结果证明：反极性接法韵脱碴性、焊 缝外观成形、熔探 度均 优于正接 熔深试 验 的 目的，是保证 双面 焊缝之 间重 熔 深度 为 3 r n m 左右，同时，还要 既控制输 入线 能量，又要使正反两焊缝熔台 良好。试验 以各组 能 量参数 在试 板上单 面焊接，每 组剪切 3块 试 样，经抛光腐蚀检查熔深，(取平均值)怍为选择 焊接 参数 的参考 依据。(2)斜 y扰裂试验 斜 y 3组 试 伟在拘束状 态下焊 接 用 5 倍 放 维普资讯 http:/ 1 4 安 装 大镜检 查焊缝 表面 裂纹 着色检 查根 部裂纹 和 金相宏观检查 5个焊缝断面均未发现裂纹。
19、(3)硬 度 试验 在 4组 不 同焊 接参 数 的焊 缝 试 样 3个 区 域，进 行 了接 头硬 度 试验，共打 9 6个点，表 明 HR B值 没有 明显 的变 化。二、试 验 小 结 1 困物理性能 和埋弧焊特 点所决 定，奥氏 体 不锈钢焊接 接 头加热温度高、高温停 留 时间 长、冷却速 度慢，所 以 焊接 线能量 对接 头性能 起决 定性作 用，其 数值 大 小直接 影 响到 碳化物 和二 次铁索体 的析 出量、形态分布 以及 晶粒度 的大 小，从 而直接 影响焊接 接头 力学性 能的优 劣。焊 后水冷对碳化物、二次铁素体的析 出，对 晶粒长大有很强 的抑制作 用。因此机械性能优
20、 于 空玲 状 态。2 焊 接线 能量 对机 械性 能最 直观 的影 响 表现在冷弯 曲裂纹上，两者呈线性 关系。I 型坡 口在空冷状态下焊接 可供选 择范围窄，工艺稳 定 性 较差。V型 坡 口能 较大 程度 地 降低 线能 量 所以参数选 择范围宽 工艺稳定性较好。3 当能量 参数 选择适 当时，不 易产生焊接 缺陷，正常情 况下也不会产生晶间腐 蚀。如焊缝 区存在 少量铁素体，会 有效 地抑 止、愈合热裂纹 的 产 生(我 们 在 试验 和 生 产 中均 未 出现 热 裂 纹)。由于焊缝 形状 系数大，熔池 搅拌 均匀，因而 未发 现气 孔、夹渣 等缺 陷。4 碳 弧气刨 应 用在 奥
21、氏体 不锈 钢 埋 弧焊 上是有 害的，原刚上不推荐采用。必须采 用时 应 严格地控制能量参数和彻底清 除表 面渗碳层。5 奥氏体 不锈 钢 受到 冲击 以及在 大 应力 快速变 形时 会产生 马 氏体组织 重要零 部件采 用这 一类方式 成形 或校形后，必 须进 行 稳定 化 退 火(9 0 0 C、2 h、急 冷)。一般情况 下推荐 采用 静压力慢速 变形 不允许 采用 热校形。三、试验在生 产中的应 用及经济效益 结 合生产实际，在综 合考虑现有技术水平、工 艺装 备、工作进度与 效率 等因素后 实际焊 接 工 艺中选择了 I 型坡 口。为了改善 I型坡 口工 艺稳定性 在 生产 中还采
22、 用 了以下措 施：1 为埋 弧焊 机架 设 了电源专线、安装 了调 压器和 电源 电压表，从而 控 制电源 电压波 动不 超过1 5 V 焊 接参 数指示值 波动极 小，提 高了 参数稳定性。2 焊缝 反 面采 用铜 垫 和钢板 垫加速 散 热 冷 却 3 环缝 组对 时 采用 胀 圈刚性 固定并 调 整 不圆度。为了最大限度地减少不 圆度造成 电弧 电压波动 的不利 影响 并将焊 机 依托在筒 体 上 进 行仿 形焊 接 4 修 理、调 整 焊 接 滚 轮 架 的 滚 轮 不 同 轴 度、横 向偏摆 以及安装水平 度，从而大大 地减 少 了焊接 时的偏摆，提高 了焊接参 数的平稳程度。以上
23、工 艺措 旖确保了工艺参数 的稳定性 和 产 品焊接质量 的稳定性，1 2台罐体焊缝 x射 线 探伤 7 4 4张底 片，一次合格率达 9 5 。与手工 电弧焊相 比，埋 弧焊 提 高工 效 2 5 倍，焊 接材 料节约 近 9万元，连 同人工 费、机械 台 班 费 和 质 量(指 返 修 费 用)共 计 节 约 1 1 1 6 2 5 8 1元 取 得 显 著的 经济 效 益，收 到 良好 的社会信誉。参考 文献 1 BH密道 尔 铬镶 奥 氏体钢 焊接 北 京：中 国工 业 出版社，1 9 6 8 2 R D 斯 道 承w D 多 提 钢 的 焊接 性 北 京：机 械 工业 出版 社，1 9 8 5 3陈 楚、张 月娥 焊 接 热 模 拟 技 术 北 京：机 械工 业 出 版社，1 9 8 5 4渡 边正 纪、向中喜 房 不 锈钢 焊 接 北 京：机械 工 业 出版 社，1 9 7 5 维普资讯 http:/