0Cr18Ni10Ti 不锈钢焊管焊接裂纹控制工艺改进方法

0Cr18Ni10Ti奥体不锈钢焊接性较好,但大口径厚壁焊接钢管焊后稳定化热处理后易产生裂纹。针对实际工作特点进行分析,制定两种焊接工艺,试验了酸、碱性焊条对裂纹的影响,并测试了力学性能,证明利用碱性焊条焊接0Cr18Ni10Ti不锈钢焊管可以得到满意的结果。

奥氏体不锈钢焊接性比较好,但焊接应力大。且要求抗晶间腐蚀的条件下,却容易产生很多问题,其中一个问题就是焊接接头稳定化处理后，不锈钢焊管经常会发生开裂,后续反复补焊易造成报废,因此必须通过适当的焊接材料选择及复杂焊接工艺控制,才能避免或减少裂纹产生。

1原接头形式及工艺

实际接头形式如图1所示,母材为0Cr18Ni10Ti,焊条型号E347216,要求加工后的尺寸具有较高的稳定性,且具备抗晶间腐蚀能力。由于实际工件的特殊性,不适于做固溶处理,我们采用焊后进行稳定化处理,处理前没有出现裂纹,处理后发现焊缝处有裂纹出现。改进工艺,用锤击焊道、减小线能量、交替焊接、快速水冷等方法仍有裂纹出现。经原因分析,发现厚壁件奥氏体不锈钢焊接接头存在很大的内应力,焊接时焊缝易形成柱状晶,从而导致热裂纹产生,因此需选择抗裂性能更好的焊接材料。

2焊条性能对比试验

E347216焊条的药皮为钛钙型,操作工艺性能好,但接头的韧性及抗热裂能力不佳。E347215焊条为低氢碱性焊条,接头韧性及抗裂性较好,我们通过试验对比两种焊材的性能,为更换焊条提供依据。

2.1试验方法

按图2焊接几组试板,分别用E347215、E347216焊条焊接。其焊接工艺如下前3层用φ3.2mm焊条,每层焊两道,焊接电流80～110A,电压28～32V,道间温度控制在100℃以下,第四层开始用φ4mm焊条,焊接电流120～140A,焊接电压32～40V,焊后水冷。盖面后焊缝余高控制在0～3mm,窄道快速焊接,每层焊接后锤击焊道,去除应力处理,焊后进行渗透、射线、超声波,按JB4730标准,Ⅰ级合格。

热处理规范:装炉温度≤150℃,升温速度(40～60)℃/h,保温温度(880±10)℃,保温时间2h,出炉水冷至400℃后空冷。再进行射线、超声波检测,Ⅰ级标准。热处理后切取焊缝冲击试样,晶间腐蚀试样,试验结果如表4所示。

通过表4可以看出经过稳定化热处理后,焊缝冲击功比焊态明显下降,焊态下E347215与E347216冲击功相当,热处理后E347215比E347216冲击功明显高出,另外两种焊材接头焊态晶间腐蚀合格,而热处理后都不合格,但用金相法判断合格,不锈钢焊接接头经过稳定化处理后冲击功明显下降,稳定化处理后碱性焊条比酸性焊条冲击功高,晶间腐蚀不合格是由稳定化后朔性不足造成,导致弯曲后开裂,但没有晶间腐蚀倾向。

2.2金相检查

按舍夫勒(Schaeffler)不锈钢组织图,估算E347215焊缝铁素体含量如下铬当量=Cr%+Mo%+1.5×Si%+0.5×Nb=21.56%;镍当量=Ni%+30×C%+0.5×Mn%=11.7%;通过查图,铁素体含量约12%,E347215热处理后金相照片见图3。

2.3实际工件试验

基于E347215具备的优点,按相同焊接,热处理工艺,焊接不锈钢焊管,未发现裂纹,经过长时间使用也未发现裂纹,横截面宏观金相检查,内部没有发现裂纹,又通过对成批不锈钢焊管的焊接试验没有发现问题。因此,可以认定我们成功解决了这种不锈钢焊管的裂纹问题。

3结语

E347215、E347216两种焊材焊接0Cr18Ni10Ti,焊缝冲击功相当稳定化后焊缝冲击功都降低,但E347215焊缝冲击功明显高于E347216焊缝;

选用E347215焊条及合理的焊接工艺,0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢焊后稳定化处理裂纹可以得到更好控制,并已在实际中验证。