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2205双相不锈钢与低合金高强钢焊接工艺.pdf

2205双相不锈钢与低合金高强钢焊接工艺

商劳经
2012-07-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《2205双相不锈钢与低合金高强钢焊接工艺pdf》,可适用于工程科技领域

第卷第l期年月雹珲檄ElectricWeldingMachineV.No.Nov.o双相不锈钢与低合金高强钢焊接工艺.杨燕f四川石油天然气建设工程有限责任公司四川成都)摘要:针对双相不锈钢与X异种铜从焊接性、焊接方法、焊接材料、焊接坡口、焊接工艺参数、焊接接头力学性能检验、微观金相、硬度、化学成分分析等方面进行探讨确定合适的焊接工艺关键词:异种钢焊接性焊接工艺手工钨极氩弧焊焊接检验中图分类号:TG.文献标识码:B文章编号:(),Studyonduplexstainlesssteelandhigh·strengthlowalloysteelweldingtechnologyYANGYan(SichuanOilandGasFieldConstructionCo.Ltd.ChengduChina)Abstract:ThispaperistostudyaddetermineaappropriateweldingprocedureofdissimilarsteelduplexstainlesssteelandlowealloyhighstrengthsteelXtomweldabilityweldingmethodsweldingmaterialsweldinggroovetheweldingprocessparametersthemechanicalpropertiesofweldedjointstestKimSangmira’hardnesschemicalcompositionanalysisandSOon.Keywords:dissimilarsteelweldabilityweldingprocedureGTAWweldingtestU刖舌随着我罔经济的高速发展能源的开发利用迎来高潮特别是罔家刈‘石油人然气的需求增大加速了天然气勘探的步伐。在石油天然气田开发中各种酸性有害介质的腐蚀问题是r木l扰许多油气开发的一项难题。油气f}i有害介质丰要以H、C、Cl一等为主严重危害井下套管和油气装置管道等。为了降低建设成本通常采用加注缓蚀剂、脱水、加大壁厚等方式减缓腐蚀速率传统方法容易造成意外腐蚀、维护=作量大、隐形成本高以及环境污染等问题逐渐使用耐腐蚀材料代替传统材料提高油气田运营的稳定性。由于双相不锈钢具有良好的抗Cl一腐蚀能力故可采用双相不锈钢作为主管道抗CI一腐蚀。在I程施丁中将不可避免存在双相钢与普通低合金高强锹J的焊接问题因此对双相不锈钢¨j普通低合金高强钢X的焊接工艺研究具有非常重要的意义。收稿日期:作者简介:杨燕(O一)女口q川富顺人T程师学士主要从事石油化‘管道的焊接丁艺评定及焊接I艺管理T竹。··谬《为双相不锈钢X为低合金高强钢这两种材料之问的化学成分、物理性能、化学性能等差异明显如何确保焊接接头具有优良的强度、塑性、韧性和抗裂性是衡量焊接丁艺成功与否的重要指标。本研究以mmX.mm规格的和X为例。系统介绍这两种钢对接焊的工艺特点。双相不锈钢和X异种钢焊接性分析.双相不锈钢和X焊接性分析双相不锈铡为铁素体一奥氏体双相钢具有良好的焊接性在一般的拘束条件下焊缝金属的热裂纹敏感性也较低。但应注意双相钢中毕竟存在较高的铁素体当拘束度较大以及焊缝金属含氢量较高时还是存在焊接氢致裂纹的危险。因此在焊接材料选择与焊接过程中都应控制氢的来源。并且该钢材热导率小焊接接头容易过热而造成晶粒粗大线膨胀系数大焊接过程中热膨胀量和冷收缩量都很大容易产生应力集中和裂纹。X为低合金高强度钢微观组织为铁素体珠光体脆硬倾向不大焊接性较好。两种钢材在物理性能(包括热导专题讨论杨燕:双相不锈钢与低合金高强钢焊接工艺第l期率、比热容、线膨胀系数等)和化学性能等方面有显著的差异力学性能和热物理性能的差别导致异种金属焊接变形和应力较大且焊缝两侧的变形和应力往往是不对称的其应力的消除不能通过焊后热处理来完全消除。因此在选择焊接方法和制定焊接I=艺时要充分兼顾到这一特殊性。双相不锈钢和X两种金属的化学成分及机械性能分别见表和表。表双相不锈钢和X的化学成分%表双相不锈钢和X的机械性能钢号屈服抗拉延伸屈强冲击功A~/j(.o℃)比/MPa/MPaf日仃一一一~一一XO.l..双相不锈钢和X异种钢焊接方法的选择目前国内铁索体一奥氏体双相不锈钢的焊接方法可采用钨极氩弧焊、焊条电弧焊、埋弧焊和等离子弧焊等。其中埋弧焊不适用于管道现场焊接而等离子弧焊应用有限T艺还不成熟。钨极氩弧焊特别适用于管状焊缝的焊接与其他焊接方法相比尽管焊接速度较慢但它是打底焊的理想方法适用于各种坡口的打底焊。钨极氩弧焊能清晰地观察到焊接熔池和熔透情况易于实现单面焊双面成形。且钨极氩弧焊背面无熔渣对保护管内清洁极为有利。对于双相不锈钢和X异种钢焊接由于两种材料化学成分差异较大应尽量减小母材金属对焊缝合金元素的稀释。由于手工钨极氩弧焊与其他焊接方法相比其熔合比较低可有效减小母材金属对焊缝合金元素的稀释。因此为保证焊缝金属的化学成分获得优良的焊接接头采用手工钨极氩弧焊根焊和填充焊接第、层。并且为了避免焊缝金属背面被氧化在手工钨极氩弧焊时应进行内充氩气保护。另外由于焊条电弧焊操作灵活方便效率高于钨极氩弧焊常作为管道焊接的填充、盖面焊。因此选择钨极氩弧焊(根焊和填充焊接第、层)和焊条电弧焊(填充、盖面焊)组合的焊接方式。双相不锈钢和X异种钢焊接材料的选择针对双相不锈钢和X两种钢材的焊接冶金特性以及考虑合金的烧损所选用的不锈钢焊接材料合金成分高于双相不锈钢钨极氩弧焊焊丝采用ERMo.mm焊条电弧焊焊条采用EMoL.mm。两种焊接材料的化学成分及机械性能见表。表焊接材料化学成分和机械性能.焊接接头设计焊缝组织决定于焊缝成分而焊缝成分决定于母材的熔入量即熔合比。因此一定的熔合比决定了一定的焊缝成分和焊缝组织。熔合比发生变化时焊缝的成分和组织都要随之发生变化。对于高合金与低合金异种金属焊接的接头在保证接头力学性能的同时也要保证主要合金元素的稀释程度达到最低故接头的设计也要合理。接头形式如罔所示。这种坡口尺寸相对增加了填充金属在焊缝中的熔化量减少了母材金属的熔化量降低了主要合a=..mmb=..himc=./IIITIe=.~.m/i£=.mlnd=。~。。图异种钢对接接头形式金元素的稀释程度即降低了熔合比为获得优良的焊接质量提供了保障。雳一‘。专题讨论雹焊墩第卷l焊接工艺参数通常焊接时不需要对双相不锈钢进行预热但是在寒冷的室外进行焊接时可适当进行预热。预热时应保持热量的均匀分布且必须避免局部表焊材荔ItAI/V⋯⋯’根焊ERMo.gO~lO填充焊ERMo.~l~填充焊ERMo.lO~填充焊EMoL.填充焊EMoL.l盖面焊EMoL.~加热超过cc因为这样将导致增碳从而导致品间腐蚀。考虑到本实验焊接时室温较高故未采用焊前预热层问温度控制在℃以内。试验焊接T艺参数见表。焊接工艺参数保护气流量电源极性。内保护气流量预热或层温焊接速度¨¨Q/L.vain~liiiQ/L.miniTPCv/em.rain直流正接≤~焊接时应注意根焊时背面必须充氩气保护以保证根焊质量氩气纯度在.%以上层间温度应控制在。C以下。焊接检验焊接接头经外观检查和无损探伤检测合格后进行力学性能试验(包括拉伸、弯曲、刻槽锤断等试验)和冲击、硬度、化学成分分析以及微观金相等试验。.力学性能试验..弯曲试验在规定位置进行弯曲试验。面弯和背弯各取块试件在导向弯曲试验卜弯曲试样以焊缝为中心放置于下模上。面弯试验以焊缝外表面朝下模背弯试验以焊缝内表面朝下模施给上模压力将试样压人下模内直到试样弯曲成近似U形。所有试件均未见缺陷试验结果合格。..刻槽锤断试验在规定位置取块刻槽锤断试件锤断后观测试件断面情况块试件均未发现任何焊接缺陷试验结果合格。..拉伸试验拉伸试验共块试件均断裂在X一侧具体数据如表所示。.冲击试验在试件不同位置包括双相不锈钢母材本身共取组冲击试样。冲击试验采用尺寸为mmxinto~mm的V型缺口试验温度分为一℃和℃。其中当试样缺口位置开在焊缝中心和双相不锈钢母材、双相不锈钢侧熔合线··彩玉酝幽耘s表焊接接头拉伸试验结果试样屈服强度抗拉强度拉断位置及缺陷编号蠹MPa/MPa誓蠢≤曩叠童薯sXGlll未见明显屈服距焊缝表面熔合线nanSXG一l未见明显屈服距焊缝表面熔合线ramSXG未见明显屈服距焊缝表面熔合线mmsxG一l未见明显屈服距焊缝表面熔合线mm备注:试样均断裂在X侧。以及双相不锈钢侧熔合线mm时冲击试验温度为一O。(=。当试样缺口位置开在X母材和X侧熔合线以及X侧熔合线mm时冲击试验温度为一qc。具体试验数据如表所示。表冲击实验结果““缺口位置晶.硬度试验在试件不同部位切取j块全焊缝截面的硬度试样磨光后用适当的腐蚀剂对焊缝横截面进行腐蚀分清焊缝、熔合线和热影响区的位置硬度试验点的位置如图所示。硬度试验按ASTMA规定进行kg载荷的维氏硬度试验试验结果如表所示。mmmm~~~SS∞∞∞∞∞、{r\rr\lr一一一~接接接接接正正反反反流流流流流直直直直直l..一一一专题讨论杨燕:双相不锈钢与低合金高强钢焊接工艺第l期图焊缝维氏硬度横截面位置.化学成分分析试验为了更好地分析焊接接头还进行了化学成分分析试验试验结果见表。.微观金相检验在试件的不同部位共切取了三块金相试件对其微观金相组织进行分析。分别对X和双相不锈钢两侧母材、热影响区和焊缝进行微观金相分表焊缝维氏硬度试验表焊接接头化学成分分析%wiC)w(Si)w(Mn)w(P)w(S)w(Cr)w(Ni)w(MO)w{Cu).l....Ol....析。其结果显示如下:()母材。X侧为块带状分布的铁素体珠光体铁素体品粒度约级。双相钢一侧为长条形体铁索体从坡口向焊缝中心沿散热方向呈枝晶分布到焊缝中心呈等轴分布。号试样打底层为枝晶等轴品混合分布的奥氏体铁素体填充层到盖面层均为枝晶分布的铁素体奥氏体。结论奥氏体条形、块形铁素体沿母材轧制方向呈带状根据上述试验结果可以看出对于双相不分布锈钢与X异种钢采用手T钨极氩弧焊打底焊一()热影响区。X钢一侧近焊缝为略呈魏氏组层填充焊接第二、三层(焊丝ERMo)再用焊条织的块状铁素体珠光体。晶粒度逐渐减小过渡至电弧焊焊接填充、盖面层(焊条EMoL一)的焊~l级晶粒度的等轴铁素体珠光体并逐渐呈带接方法并选择合理的坡口尺寸焊接时严格控制状分布至母材带状组织。不锈钢一侧为块状奥氏体十层间温度其焊接接头拉伸、弯曲、刻槽锤断、低温少量铁素体晶粒度逐渐减小至母材带状组织。冲击、硬度等试验结果均满足要求证明双相()焊缝。、号试样打底层为奥氏体和呈树枝不锈钢与X异种钢焊接采用上述焊接T艺能状分布的铁素体填充层到盖面层为奥氏体铁素够获得满意的焊接接头。业业逝船盘娅妇龆出船娅始业嵌逝业船业逝业姥妇船业船逝矮镍及镍合金钨极氩弧焊的焊接工艺科()预热。轧制镍基耐蚀合金一般不需焊前预热但当母材温度低于℃时应对接头两侧各~mm宽的区域加i热至℃~o℃以免湿气冷凝产生气孔。l()保护气体。可用气、氦气或者两者的混合气氖气中加入质量分数为%的氧气适用于单道焊接。盖()焊丝。成分心与母材卡H当必要时可多加入一合金元素以补偿烧损及控制气孔和热裂纹。捂薯()电极。为保证电弧稳定与足够的熔深电极端部应磨尖尖部n径约为.mm夹角。一。。节()焊接技术。焊接过程中焊丝加热端必须处于保护气体中不能用来搅动熔池。存保证足够熔池不接触钨极的条件下采用尽可能短的电弧长度施焊。按板材厚度选择俞适的焊丝直径和焊接速度以保证足够的熔透深度、焊缝宽度和焊缝致妊密性焊接速度过高或过低均易产生气孔。单l向焊为保证完全焊透需要川带凹形槽的铜衬垫在铜衬垫和焊件问通以保护互气体。为加强焊接区域的保护效果可以焊嘴后侧加一辅助输送保护气的拖罩。芥夺芾芥带恭举带夺帚夺举乖芥带恭恭带带芥芥芥举芥芥芥恭奉芥带恭芥蒂带带带芥芥芥带带芥恭恭··

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