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水工钢闸门奥氏体不锈钢的焊接质量控制

来源:AG8手机亚游钢业 日期:2020-04-22 04:39:12 人气:24

水工钢闸门广泛采用奥氏体不锈钢作为耐腐蚀材料使用,由于较多的制造单位忽视奥氏体不锈钢的理化指标及焊接特性对其焊接后存在的质量问题无法进行评定及处理,导致奥氏体不锈钢失去其特有的高温和低温性能以及优良的耐腐蚀性能,本文根据焊接后存在的质量问题,提出奥氏体不锈钢焊接工艺及质量控制的措施

1概述

随着水利水电事业的迅猛发展,水利水电钢闸门新材料新技术新工艺日益得到广泛的应用,而作为奥氏体不锈钢由于其具有很好的高温和低温性能以及优良的耐腐蚀性能,在水利水电钢闸门关键部位使用均可得到良好的效果,目前在闸门埋件中使用的最为广泛,除个别重污染水利工程闸门面板采用复合钢板外,由于其价格因素,至今在钢闸门门体上还未得到广泛的应用

虽然奥氏体不锈钢具有很好的高温和低温性能以及优良的耐腐蚀性能,但如果忽视其理化指标或缺乏可靠的保证焊接质量的工艺措施,便会出现奥氏体不锈钢经焊接后产生的一系列质量问题,笔者经数年的钢闸门制造经验及普遍存在的问题,提出解决及控制质量的方法和措施

2奥氏体不锈钢的焊接特性

在不锈钢焊接中,常遇到的大都是铬镍奥氏体不锈钢的焊接(水利工程钢闸门常用不锈钢材料为1Cr18Ni9Ti),铬镍奥氏体不锈钢焊接性能较好,但当焊接工艺选择不当时,容易出现热裂纹或在使用中产生晶间腐蚀等缺陷

2.1晶间腐蚀

焊缝在450~850温度区间停留或在焊接热循环下,加热至450~850的热影响区内,奥氏体不锈钢中的碳和铬形成碳化铬,使晶粒边界处贫铬,丧失耐腐蚀能力晶间腐蚀的特点:外观仍有金属光泽,但晶粒已失去联系,几乎完全丧失了强度,敲击时失去金属声音,钢质变脆且表面硬化一般认为:650为晶间腐蚀敏感温度,在奥氏体不锈钢焊接时,晶间腐蚀可以发生在热影响区,也可以发生在焊缝表面或融合线上

2.2热裂纹

焊接奥氏体不锈钢时,焊缝或近缝区会产生裂纹,其原因为:a.奥氏体不锈钢导热系数小而线膨胀系数大,在焊接局部加热和冷却的条件下,焊接接头在冷却过程中可形成较大的拉应力b.奥氏体不锈钢焊缝易形成方向性极强的粒状晶组织,有利于低熔点杂质的偏析,易形成晶间液态夹层,增大热裂倾向c.奥氏体不锈钢焊缝,在650~850停留时间过长,也有可能象铁素体不锈钢一样,析出一种硬脆(HRC60无磁性的金属化合物(主要成分是铁和铬及少量的镍),由于这种脆性相析出,割断了晶间的联系,使该处的塑性和韧性严重降低,造成焊区及热影响区硬度提高,而且抗晶间腐蚀能力也有所下降

2.3奥氏体不锈钢的焊接工艺要点

2.3.1焊前准备水工钢闸门埋件大多采用复合钢板或采用厚度4mm的不锈钢板与埋件结构件组合焊接,复合钢板或不锈钢板应根据各自的厚度开出各自的坡口,坡口可以采用机械加工等离子切割碳弧气刨等方法加工为了避免焊接时碳和杂质进入焊缝,焊前应将焊缝两侧清理干净并用丙酮擦洗,然后涂上白垩粉,以免钢材表面被飞溅金属附着和划伤

2.3.2焊条的选择不锈钢焊条有酸性钛钙型焊条和碱性低氢型焊条两种,钛钙型不锈钢焊条用的较多,低氢型不锈钢焊条的抗热裂性能较高,但抗腐蚀性稍差,根据焊接经验,1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接,推荐采用奥132及奥137焊条

2.3.3焊接工艺要点a.为了防止焊接接头在危险温度范围内(450~850)停留时间过长而产生贫铬区,防止接头过热产生热裂纹,焊接铬镍不锈钢要采用小电流快速焊为避免基本金属过热和加强溶池保护,施焊时要用短弧焊,焊条不做横向摆动,以窄焊道拖焊为宜b.焊接电流要比低碳钢降低20%左右,电流与焊条直径之比不超过25~30/毫米,而低碳钢焊接时不小于40~50/毫米,起焊时不能随便在钢板上引弧,施焊中运条要稳,收弧时应填满弧坑c.为了防止热裂纹和晶间腐蚀,条件允许时可以采取强制冷却(例如水冷吹压缩空气等)措施,控制层间和焊后温度,尽量减少在450~850的停留时间

2.4焊后处理

2.4.1固溶(或奥氏体化)处理将焊接接头加热到1050~1100,因在这个温度下析出的碳又重新溶入奥氏体中,然后急冷便得到稳定的奥氏体组织,经过这种处理后消除贫铬层以此避免晶间腐蚀

2.4.2均匀化处理(或称稳定化退化)将焊接接头加热至850~900保温2小时,使奥氏体晶粒内部的铬有充分的时间扩散到晶界,使晶界处含铬量又恢复到大于临界值(12),从而避免产生晶间腐蚀

焊后处理并经检验论证合格后方可进入闸门或埋件的下道工序,在下道工序进行中,应严格控制焊接接头再次进入450~850的危险温度中,避免再次产生热裂纹及晶间腐蚀等缺陷

2.5奥氏体不锈钢焊后缺陷及质量评定方法

奥氏体不锈钢在焊接过程或焊后出现的一些质量缺陷如在使用前未进行质量评定,可能发生的一些问题如下:a.焊接接头会在焊缝及近缝区产生热裂纹,该裂纹的存在将大大减弱焊缝的强度,在交变应力下可产生断裂b.焊接接头在大气及介质接触下,在热影响区焊缝或溶合线上由于晶粒边界处贫铬,奥氏体不锈钢在上述区域内丧失耐腐蚀能力c.采用复合钢板制作的结构件若奥氏体不锈钢板厚度参与强度计算,由于其焊接缺陷的存在,将会对结构件的强度产生危害

由于奥氏体不锈钢焊接接头可能产生的质量缺陷对产品质量的影响,因此笔者根据奥氏体不锈钢的焊接特性,提出一些在实际质量控制中简单易行且一般金属结构制造厂均有条件进行质量评定的方法

2.5.1机械性能试验法结合焊接工艺评定进行常规机械性能试验,直至达到稳定的工艺参数,对无均匀化处理(或称稳定化退化)设备的制造厂,在工艺参数无法满足焊后质量要求时,应优先考虑固溶(或奥氏体化)处理

2.5.2硬度试验法奥氏体不锈钢在出厂前钢材已进行均匀化处理(稳定化退火),仍以1Cr18Ni9Ti为例,其原材料硬度值均为HB185,奥氏体不锈钢经焊接后,在其溶合线热影响区及焊缝处进行硬度检测,其硬度值均应以HB185为质量评定依据,超出此值(有时为标准值的2~3倍)均应进行焊后处理,以确保奥氏体不锈钢接头的机械性能,避免产生晶间腐蚀,以此提高产品的使用性能及寿命要求

2.5.3焊缝外观检验所有焊缝均应清理干净后采用5~10倍放大镜仔细进行焊缝热裂纹检查,发现裂纹应按相关规范要求进行处理

2.5.4大型及重点工程钢闸门的关键部位其奥氏体不锈钢焊接接头应按国家标准进行耐腐蚀性能试验

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