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压力容器常用不锈钢焊接特点,不懂不锈钢焊接的看过来! [复制链接]

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焊商通宝
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只看楼主 正序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2017-12-07
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奥氏体不锈钢的焊接

1.奥氏体不锈钢的焊接特点
奥氏体不锈钢的焊接性能较好,但对于不同类型的奥氏体不锈钢,在焊接过程中,当奥氏体从高温冷却到室温时,由于C、Cr、Ni、Mo等合金元素含量的不同,金相组织转变的差异及稳定化元素Ti、Nb+Ta的变化或焊接材料、焊接工艺的不同,其焊接接头可能出现以下一种或多种问题和缺陷。


(1)晶间腐蚀倾向:奥氏体不锈钢在450~850摄氏度的温度范围内停留,或在焊接热循环下,加热到450~850摄氏度的温度区间时,热影响区内奥氏体不锈钢的碳和铬形成碳化铬,使晶粒边界处奥氏体局部贫铬,发生腐蚀而丧失耐蚀对于焊缝金属,根据贫铬理论,在晶界上析出碳化铬,因此造成贫铬的晶界是晶界腐蚀的主要原因。过热区的“刀蚀”仅在由Nb或Ti稳定化的奥氏体不锈钢热影响区的过热区中产生,其原因是焊接时,过热区被加热到1200摄氏度高温,使Nb、Ti的碳化物大量溶解,冷却时,Nb或Ti原子来不及扩散,使活泼的碳原子在奥氏体晶界处于过饱和状态,在经过敏化温度区加热后,使碳化铬优先在晶界沉淀,造成贫铬的晶界,形成晶间腐蚀。热影响区敏化温度区的晶间腐蚀产生于600~1000摄氏度范围的区域,产生原因也是奥氏体晶界析出碳化铬,形成晶间贫铬所致。


(2)应力腐蚀开裂倾向:焊接接头的应力腐蚀开裂特征是:局部性;裂纹从表面开始,整体呈树枝状。消除残余应力的方法有:锤击焊缝法、振动法、或者采用喷丸处理使表面具有压应力状态;也可以对含Nb或Ti的稳定性奥氏体不锈钢进行850~900摄氏度稳定化处理。此外,调整焊缝金属的合金成分,使其具有奥氏体-铁素体双相组织,或者采用奥氏体-铁素体双相不锈钢,也可以有效地防止应力腐蚀开裂的产生。


(3)热裂纹倾向:与其他不锈钢相比,奥氏体不锈钢具有较高的热烈敏感性,在焊缝及近缝区都有产生热裂纹的可能。热裂纹通常分为凝固裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹三大类。凝固裂纹主要发生在焊缝区。液化裂纹主要出现在靠近融合线的近缝区或多层多道焊的层道间。高温失塑裂纹通常发生在焊缝金属凝固结晶结束的高温区。


(4)焊接接头的脆化倾向:奥氏体不锈钢焊接接头在低温使用时,为满足低温韧性的要求,焊缝组织通常应用单一的奥氏体组织,避免δ铁素体存在,否则将使低温韧性、塑性大大降低。奥氏体不锈钢在焊接过程中,焊缝中的γ相和δ相均有可能发生σ相转变,σ相是一种淬硬的金属间化合物,主要析集于奥氏体柱状晶的晶界,其成分不定,具有复杂的晶格。由于这种脆性的σ相的析出,使焊接接头的塑性和韧性严重降低,而且抗晶间腐蚀性能也有所下降。


2.奥氏体型不锈钢的焊接工艺要点
奥氏体不锈钢可采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊以及埋弧焊等。奥氏体不锈钢焊接时正确选用焊接材料,尽量选用含碳量较低和含稳定化元素(Nb)的焊接材料,以避免碳与铬形成化合物引起晶界处贫铬,从而提高焊缝抗晶间腐蚀的能力;选用含有适量铁素体促进元素(Cr、Mo、Si等)的奥氏体不锈钢焊接材料,可获得奥氏体加少量铁素体双相组织的焊缝,以提高奥氏体不锈钢焊缝的耐晶间腐蚀能力和抗热裂纹的能力;采用窄焊道焊接技术,尽量采用不摆动或少量摆动焊接,并在保证熔合良好的条件下,尽量采用较小的焊接电流、较低的电弧电压和较快的焊接速度;焊接过程中必须将焊件保持较低的层间温度,必要时可采用强制冷却(如水冷、吹压缩空气等)措施以控制层间温度和焊后温度,尽量减少焊缝在450~850摄氏度范围内停留时间。



马氏体不锈钢的焊接


1.马氏体不锈钢的焊接特点高碳马氏体不锈钢在空冷条件下淬硬倾向很大。此类焊缝及焊接热影响区的组织通常为硬而脆的高碳马氏体,含碳量越高,这种淬硬倾向越大。当焊接接头的拘束度较大或氢含量较高时,很容易导致冷裂纹的产生。为了避免裂纹,改善焊接接头力学性能,应采取预热、后热、焊后立即高温回火等措施。
低碳马氏体不锈钢具有良好的焊接性。


2.马氏体不锈钢的焊接工艺要点
此类不锈钢当采用同材质焊条进行焊接时,应选用低氢或超低氢型焊条,须经高温烘干处理。
(1)预热和后热:预热温度一般为100~350摄氏度,当w(C)小于0.05%时,预热温度为100~150摄氏度,当w(C)为0.05~0.15%时,预热温度为200~250摄氏度;当w(C)大于0.15%时,预热温度为300~350摄氏度。为进一步防止氢致裂纹,对于含碳量较高或拘束度大的焊接接头,在后热处理前还应采取必要的后热措施。


(2)焊后热处理:Cr13型马氏体不锈钢焊接接头通常需要进行焊后热处理,其目的在于降低焊缝热影响区的硬度,改善接头的塑性和韧性,消除或降低焊接残余应力,焊后处理有回火和完全退火。


铁素体不锈钢的焊接

1.铁素体不锈钢的焊接特点
铁素体不锈钢通常分为普通铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢;铁素体不锈钢焊接时应注意的主要问题是焊接接头的脆性问题,即焊接热影响区的脆化,包括熔合区附近热影响区的晶粒长大而引起的韧性下降,475摄氏度脆化,σ相析出脆化。主要包括以下几点:过热区脆化、475摄氏度脆化、σ相脆化以及焊接裂纹。


2.铁素体不锈钢的焊接工艺要点
普通铁素体不锈钢焊接时应该注意以下几点:
(1)焊前将焊件预热到150摄氏度以上,层间温度保持不低于预热温度,注意控制层间温度不可过高,以防止高温脆化和475摄氏度脆化。
(2)采用小的热输入、窄焊道焊接技术,防止在450摄氏度以上停留时间长。
(3)焊后进行750~800摄氏度退火处理,使碳化物球化,铬分布均匀,可恢复耐蚀性和改善接头的塑性。退火后快冷,防止σ相析出和475摄氏度脆化。
(4)采用奥氏体不锈钢焊条焊接,焊前不必预热,焊后不可作热处理。


铁素体不锈钢的焊接材料,原则上应选用合金含量与母材相近的焊条或焊丝,以保证焊接接头的均质性,只有在焊前无法预热,焊后难于热处理的情况下,才选用合金成分较高的奥氏体不锈钢焊接材料。采用奥氏体不锈钢焊接材料有利于提高焊接接头的塑性、韧性,但对于不含稳定化元素的铁素体不锈钢,热影响区的敏化难以消除。Cr25~Cr30铁素体不锈钢,常用的奥氏体不锈钢焊接材料是Cr25~Ni13型。Cr16~Cr18铁素体不锈钢,常用的奥氏体不锈钢焊接材料是Cr19~Ni10型、Cr18~Ni12Mo型。


铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接


1.铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接特点
这类不锈钢的焊接性良好,在一般的拘束条件下,焊缝金属的热裂纹敏感性小,但当拘束度较大和焊缝金属中含氢量较高时,会导致焊接氢致裂纹倾向,因此在选择焊接材料和焊接过程中应控制氢的来源,防止产生氢致裂纹。


2.铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接工艺要点
(1)Cr18型双相不锈钢:这类钢焊接性好,焊接热裂纹和冷裂纹的敏感性小,接头脆化倾向小,因此,焊前无需预热,焊后也无需热处理。
此类钢焊接时,若接头的局速度较大,需严格控制氢的含量,防止产生氢致裂纹。对于薄板、薄壁管的封底焊接,宜采用钨极氩弧焊,并控制焊接热输入;对于中厚板封底焊以外的焊接,可采用焊条电弧焊、气体保护焊和埋弧焊。
(2)Cr23无Mo型不锈钢:其与Cr18型双相钢一样焊接性良好,焊接热裂纹和冷裂纹的敏感性小,接头脆化倾向小,因此,焊前无需预热,焊后也无需热处理。焊接时为获得良好的相比例及防治各种脆化相析出,应控制焊接热输入在10~25kJ/cm的范围内,层间温度不超过150摄氏度。
(3)Cr22型不锈钢:焊接性良好,焊接热裂纹和冷裂纹的敏感性小,接头脆化倾向小,因此,焊前无需预热,焊后也无需热处理。当焊接材料选择合适、焊接热输入控制在10~25kJ/cm、层间温度不超过150摄氏度时,焊接接头具有良好的综合性能。对于这类钢的焊接,应严格控制焊材及焊接过程中的氢来源,防止氢致裂纹。
(4)Cr25型不锈钢:具有良好的焊接性。但要控制热输入,一般控制在10~25kJ/cm、层间温度不超过150摄氏度以防止焊接接头塑性、韧性及耐腐蚀性能大幅度降低。此类钢优先选用Cr25-Ni9-Mo4型超低碳双相不锈钢焊接材料。当焊接接头耐蚀性有更高要求时,可选用不含Nb的高Mo型镍基合金焊接材料。另外要控氢,以防止氢致裂纹。



烧结单齿辊堆焊修复方法


一、修复前准备

  • 清理油污、尘泥、裂碎块、铁锈。

  • 检测主要工作部位及装配部位的形位尺寸,并做好记录。

  • 对辊轴装置通水打压(0.7MPa),保压15min,检查主轴及辊齿各部位的漏水或渗水情况,把掉落的齿的部位进行临时封堵。

二、修复方案

  • 辊齿部位磨损较轻,且水压试验不漏水处可直接实践与探索对辊齿进行堆焊。

  • 磨损严重或水压试验出现渗漏的,可将整个辊齿用碳弧创割除,重新制作后再与主轴焊接。

三、单齿辊堆焊修复
1、焊前准备

为了保证良好的堆焊修复效果,应当进行下列焊前准备工作。

  • 焊前清理
焊前需对零件进行打磨,去除零件表面的油污、铁锈、水分等杂质,直至露出金属光泽为止。如果堆焊部位还存有原有堆焊层,必须用气刨将原有堆焊层打掉,露出齿冠基体,方可在其表面堆焊。

  • 工装准备
为保证焊接质量,便于操作,需制作专用工装,使焊接位置尽量保持在平焊位置施焊。
2、焊机
单齿辊堆焊设备选用气保焊机,焊机应具备以下要求:

  • 焊接电流可输出矩形脉冲波形,达到喷射过渡,易于全位置焊接。

  • 对电网电压波动具有自动补偿功能。

  • 设有过压、欠压、过流、过热等自动保护功能。

  • 根据电缆长度自动补偿,确保不同电缆长度均有良好的焊接性能。

3、焊接材料

(1) 焊接材料注意事项
由于耐磨焊丝在焊接速度、焊后成型、熔敷损耗率等多方面相比传统的耐磨焊条具有绝对优势,目前,绝大多数单齿辊生产和维修企业已全面使用耐磨焊丝。在选择单齿辊堆焊耐磨焊丝时,应注意以下几点。

  • 硬度
耐磨焊丝的硬度大小,代表其耐磨性能的高低。一般来说,硬度值越大,耐磨性能越强。对于单齿辊的堆焊修复,必须保证耐磨焊丝的硬度>55 HRC。

  • 耐高温
单齿辊的特殊工况,决定了堆焊时使用的耐磨焊丝必须具有较强的耐高温性能。普通高铬及高铬铸铁类焊接材料,在500℃以上高温时,其热稳定性和硬度剧烈下降,不建议使用。钴、镍两种合金元素都能提高合金材料的耐高温能力,建议选用含有钴或镍合金元素的焊接材料。

  • 裂纹
当堆焊层的硬度>55时,裂纹很难避免。正常的裂纹是焊后应力释放的结果,属于正常现象,不会影响堆焊层的耐磨效果。但需要注意宽度达到1mm的大裂纹,交叉裂纹以及贯穿堆焊层到达单齿辊基体的裂纹。
(2)焊接材料型号推荐
北京固本kb998耐磨焊丝。该型号的耐磨焊丝在基体中加入镍合金,填充了碳化钨粒子,非常适用高温工作环境,最高可承受900℃工作温度,硬度60-63 HRC。
4、堆焊工艺及参数
除了合理地选择焊机和焊接材料外,正确的堆焊工艺也是单齿辊破碎机堆焊和修复的重要因素。
(1)焊前预热
焊前焊件需进行整体预热,预热温度应≥150℃。预热过程中,可采用数字式红外线测温仪测量温度。为减小焊接应力,防止冷裂纹的产生,在堆焊过程中要保持层间温度不得低于预热温度。
(2) 焊接参数
焊接电流220~280A、焊接电压22~28V、保护气体为纯二氧化碳或纯氩气、保护气体量20L/min、焊丝伸出长度15~20mm、焊接速度35cm/min、焊枪倾角80度、电流类型为直接反流。
(3) 堆焊流程

  • 堆焊前将辊轴两端架设在两个滚轮上,以便于焊接每一排辊齿,每焊完一排,转动辊轴再焊接下一排,直至焊完。

  • 对辊轴辊齿进行焊接,可用2-4台焊机同时进行。堆焊时沿辊齿宽度方向由上而下依次进行,直至达到要求。正反面焊完后,再焊两个侧面,侧面的堆焊厚度为4~6mm。

  • 辊齿焊完之后,可在辊轴表面薄薄地焊一层耐磨层(3~4mm),以保护主轴,提高其耐磨性。

  • 堆焊时,为防止焊丝中的合金成分烧损,焊接弧长应尽可能短些,焊丝摆动范围应限制在焊丝直径的3~4倍。
(4) 备注说明
此堆焊工艺及参数由北京固本科技有限公司制定和发布,仅适用于北京固本KB998耐磨焊丝。使用其他耐磨焊接材料时,文档内容仅供参考。
5、焊后保温
焊后要及时保温,随时用石棉被盖住整个焊层,使之保温并缓慢冷却至室温。保温时间不得低于48h(冬季施焊须较长时间),要充分做到堆焊部位的缓冷。


四、机加工组装
所有需要焊接或堆焊的部位实施焊接并达到要求后,对主轴轴承及密封部位进行机加工,以保证各部位的装配尺寸,最后按图样技术要求进行组装。


本文编辑:糖糖
◎本文来源于网络,由焊割在线整理发布。

  

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