山東鳳凰制藥股份有限公司　　　　(東營市　257400)　　徐靜芳
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勝利油田天峰科工貿(mào)有限責任公司　(東營市　257000)　　張寶嶺摘　要：通過模擬實際焊接試驗,研究了鎳基合金噴焊層對焊接裂紋敏感性的影響。結果表明,鎳基合金噴焊層成分對奧氏體不銹鋼焊縫的裂紋敏感性有明顯的影響。噴焊層越厚,即焊縫中所熔的噴焊層成分越多,焊縫金屬熱裂紋敏感性越大。原因是噴焊層中所含Ni,Cr,B,Si元素熔入焊縫增加了焊縫裂紋敏感性。

關鍵詞：噴焊層　裂紋敏感性　不銹鋼　焊接



1試驗方法與材料

　　1.1試樣的制備

　　實驗材料為Q235鋼板,供貨狀態(tài)為熱軋,其成分見表1。試塊下料采用剪板機剪切,坡口的加工為銑削加工。試件試驗前對待用面進行砂輪打磨除銹處理。試塊形狀尺寸見圖1。



　　1.2制備噴焊層

　　先將試塊坡口背面離板邊約20mm范圍內(nèi)的銹蝕用電動砂輪打磨干凈。再采用氧-乙炔火焰噴焊的方法制備一層鎳基合金層。噴焊層原始粉末成分見表2。噴焊層的范圍如圖2中的陰影部分所示,噴焊在室外操作,噴焊工具為噴槍,工藝參數(shù)如下:氧氣壓力為0.5MPa,乙炔壓力為0.05MPa,噴焊距離為100mm±20mm。所得的噴焊層厚度為3個級別:0.3～0.5mm,0.6～0.8mm,1.0mm以上。噴焊前,烘干噴焊粉末,烘干溫度100℃,烘干時間5h,采用CGT-10型覆層測厚儀測量噴焊層的厚度,并用手持電動砂輪磨光機進行校正。



　　1.3焊接材料

　　焊條選用THL型奧氏體不銹鋼耐蝕焊條,其熔敷金屬成分含量見表3,焊條直徑為3.2mm,試驗之前,焊條進行烘干處理,烘干溫度350℃,烘干時間5h。



　　1.4試樣的焊接

　　因為噴瓷管道的焊接接頭要承受較大的拘束應力,為了接近實際情況,該實驗采用模擬小鐵研實驗的焊接方式,兩邊焊接拘束焊縫,中間焊接試驗焊縫。制備了噴焊層的試樣經(jīng)過處理后進行焊接。焊前處理主要包括:坡口的打磨清潔,試樣兩端拘束焊縫部位坡口背面的打磨清潔。試樣的焊接采用交流電焊機手工焊接。

　　先焊接兩端的拘束焊縫,拘束焊縫選用J507焊條。要求拘束焊縫冷卻之后焊縫間隙為3.0mm以內(nèi),并且通過反變形處理使兩試塊基本在同一平面內(nèi)。待拘束焊縫冷卻之后焊接中間的試驗焊縫。要求中間試驗焊縫焊完時用完一根焊條。焊接完畢后垂直焊縫截面示意圖如圖1所示,試驗焊縫焊接工藝參數(shù)為:焊接電流為100A,焊接速度為5mm/s。



　待試樣焊接完成后,采用國標中規(guī)定的小鐵研試樣評定標準進行評定。

2試驗結果與分析

　　試樣焊接后評定結果見表4。



　　試驗焊縫裂紋有的是焊接過程中發(fā)生,有的在焊后短時間內(nèi)出現(xiàn),裂紋斷面有氧化的彩色,由此可判斷裂紋屬于熱裂紋。從上面的試驗結果可以看出,噴焊層厚度在0.3～0.5mm時裂紋率為都0,厚度在0.6～0.8mm時,裂紋率有所增加,當厚度在1.0mm以上時,裂紋率則明顯高于前兩者。這表明噴焊層對奧氏體不銹鋼焊縫的裂紋敏感性有明顯的影響,隨著噴焊層厚度的增加,即焊接過程中熔入奧氏體不銹鋼焊縫的噴焊層合金元素的增加,即焊縫的熱裂紋敏感性增加。

　　從噴焊層合金成分含量列表中可看出,鎳基合金噴焊層中含有大量的Ni,Cr,B,Si等元素,鎳在低碳鋼中易與硫形成低熔共晶(Ni與NiS熔點僅645℃)。硅是鐵素體形成元素,應有利于消除結晶裂紋,但是硅含量超過0.4時,容易形成硅酸鹽夾雜,從而增加裂紋傾向。硼在鐵和鎳中的溶解度很小,但是只要有0.003～0.005的微量硼就能產(chǎn)生明顯的晶界偏析。除了能形成硼化物和硼碳化物之外,還與鐵、鎳形成低熔共晶(Fe-B熔點為1149℃、Ni-B為1140℃或990℃),所以噴焊層中微量硼的存在也對焊縫的裂紋敏感性產(chǎn)生了嚴重影響。一般鋼中鉻的含量不高時,沒有不良影響,但是奧氏體不銹鋼焊縫中含有大量的鉻元素,這會導致由于不平衡的加熱及冷卻,使晶界產(chǎn)生偏析產(chǎn)物,如Ni-Cr共晶(熔點1340℃),從而增加熱裂紋傾向。

　　從以上分析可知,噴焊層的主要合金成分都能不同程度的增加奧氏體不銹鋼焊縫的熱裂紋傾向。從而導致了焊接裂紋敏感性的上升。為了降低焊接管口內(nèi)側帶噴焊層的管道時打底焊縫的熱裂紋敏感性,可以采用預熱、后熱等措施,并要求嚴格遵守焊接工藝。

3　結　　論

　　在采用奧氏體不銹鋼焊條作為打底焊縫焊接管端內(nèi)側帶鎳基合金噴焊層的管道時,由于鎳基合金噴焊層重熔,其合金元素熔入焊縫金屬中會導致焊縫熱裂紋敏感性明顯增大。主要原因是噴焊層中所含的Ni,Cr,B,Si等元素在此種焊接條件下都會增加焊縫的熱裂紋敏感性。