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奥氏体耐热不锈钢管310S的焊接工艺研究

作者:admin 来源: 日期:2018/9/15 18:37:43 人气:146

310S不锈钢管是具有优异的高温抗氧化性高温强度及高温耐腐蚀性的奥氏体耐热不锈钢通过分析其化学成分和组织发现其焊接性能较好热裂纹敏感性不大选择国产CHS102SiN焊条进行焊接工艺试验所获得接头的力学性能符合技术要求证明其焊接工艺是可行的

310S是美国ASTMASME标准的钢号它是在21Cr-11Ni不锈钢的基础上加入适量稀土元素铈Ce0.14%0.20%的氮N元素发展起来的奥氏体耐热不锈钢该钢种是由瑞典的阿维斯塔谢菲尔德AvestaSheffieldAB公司和山特维克Sandvik公司开发并首先生产的命名为253MAASME规则编号为310S由于310S具有优异的高温抗氧化性高温强度及高温耐腐蚀性其在烧结设备浇铸设备锅炉和压力容器中有着广泛的应用

在某工程项目的锅炉结构中大量采用310S奥氏体耐热不锈钢关于这种材料的焊接工艺的资料很少只有一些使用进口焊材AvestaAC/DCSandvik22.12HT等施焊该钢种的报道[2-3]本文使用国产焊材对310S奥氏体耐热不锈钢进行施焊研究其焊接工艺以求对实际焊接生产提供理论指导

1、310S不锈钢管的焊接性分析

310S不锈钢管的化学成分及常温力学性能见表1虽然钢中只含有21%Cr11%Ni但由于加入了强奥氏体化形成元素N使得其组织为稳定的全奥氏体组织加入稀土元素Ce并保留了较少的锰Mn含量使得310S不锈钢管具有极好的抗氧化性能及高温蠕变强度尽管310S不锈钢管组织是纯奥氏体但由于钢中SP的成分较少因而其对焊接热裂纹并不敏感相关资料表示310S具有较好的焊接性可以采用TIGMIGSMAWSAW等焊接方法进行焊接

2焊接工艺评定试验

按照NB/T47014-2011叶承压设备焊接工艺评定曳标准规定采用12mm×500mm×600mm310S钢板进行焊接工艺评定试验

2.1焊材的选用

尽管针对310S不锈钢管的焊接有相应的进口焊材考虑到生产成本决定采用手工电弧焊SMAW及四川大西洋焊接材料有限公司生产的CHS102SiN焊条进行焊接工艺评定考虑到12mm板厚及控制焊接热输入量焊条直径采用3.2mm焊条熔敷金属化学成分及力学性能见表2

2.2坡口制备

本试验坡口形式为V坡口角度为60°坡口尺寸如图1所示采用机械加工坡口

2.3焊接工艺参数

采用的焊接工艺参数如表3所示由于310S不锈钢管是奥氏体钢具有热膨胀系数高导热系数低的特点在焊接时容易出现熔融金属过热的现象因而焊接过程中焊接热输入量必须严格控制1.6kJ/mm以内并且层间温度应控制在60℃以内

2.4焊接操作要点

(1)采用电动铣刀或不锈钢钢丝刷除去坡口表面及两侧各20mm范围内的油污氧化物等有害杂质并用丙酮或甲醇清洗磨刷部位。(2试验所用焊条经250280℃烘焙60min放入保温桶内随用随取。(3焊接操作时采用短弧焊接尽量不要摆动焊条以防止合金元素的烧损。(4由于310S不锈钢管的焊接性较好焊接试板板厚也不大故焊前不需要预热焊后也不需要后热

3焊后检验及结果分析

3.1无损检测

NB/T47013.2-2015叶承压设备无损检测第2部分院射线检测曳对焊缝进行射线检测设备型号为XXQ2505管电压为150kV管电流为5mA曝光时间3min像质指数为12所拍摄的两张底片显示焊缝质量均达到I级标准

3.2力学性能检验

按照NB/T47014-2011叶承压设备焊接工艺评定曳标准要求对焊接接头进行拉伸试验弯曲试验和冲击试验拉伸试验取2个试样弯曲试验取4个侧弯试样冲击试验在焊缝金属和热影响区各取3个试样进行检测试样尺寸为10mm×10mm×55mm检测结果如表4所示从拉伸试验的结果可以看出焊缝的抗拉强度符合母材的标准600MPa),断口部位在母材上曰从弯曲试验的结果可以看出焊缝金属有足够的塑性曰从冲击试验结果可以看出焊缝的冲击韧度可以满足母材的性能要求31J)。

综上所述使用CHS102SiN焊接310S不锈钢管所得焊接接头的性能可以达到不低于母材的焊接工艺评定要求

4结论

1310S奥氏体耐热不锈钢的焊接性较好焊前一般不需要预热能得到质量良好的焊缝。(2获得良好焊接质量的关键在于制定合理的焊接工艺使用准3.2mmCHS102SiN焊条采用80110A的焊接电流1619V的焊接电压59cm/min的焊接速度等焊接工艺参数焊接310S不锈钢管,获得的焊接接头性能不低于母材其焊接工艺是可行的