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上上不銹鋼第二十課: 雙相不銹鋼的焊接(三)

文章出處:人氣:-發表時間:2016-03-18 13:56【

12.2 焊接工藝評定標題

對于標準奧氏體不銹鋼,焊接工藝評定試驗是相當簡單的,僅進行一定數量的試驗以證明材料、焊材和焊接方法是合格的。這些評定試驗包括硬度試驗和彎曲試驗(分別檢驗馬氏體和熱裂),反映了長期使用鐵素體、馬氏體或奧氏體不銹鋼時可能出現的問題。雙相不銹鋼滿足這些要求沒有困難,但是這些試驗不可能發現雙相不銹鋼中可能出現的金屬間相或過量鐵素體問題。同時,由于需要限制在熱影響區溫度范圍內的總時間,雙相不銹鋼的性能將對截面厚度和實際焊接操作的細節很敏感。因此,必須廣義地考慮“評定”,即證明在制造過程中將使用的焊接工藝不會導致設計性能,特別是韌性和耐蝕性不可接受的損失。

對每種厚度和形狀的焊接都進行焊接工藝評定是比較保險的做法,因為方案上的微小差別在實際制造結果中差別可能很大。然而,實際加工的復雜性使得這樣的試驗成本很高。因此,對雙相不銹鋼最苛刻的焊接條件(由截面厚度、填充金屬和焊接方法確定)進行焊接工藝評定可達到節約的目的。

12.3 焊接方法標題

20世紀80年代初以來,第二代雙相不銹鋼商品化取得很大進展。由于對氮控制相穩定的作用理解有限,早期的觀點集中在限制熱輸入方面。由于熱輸入的嚴格控制,許多更經濟、熔敷率更高的焊接方法,如埋弧焊,被認為不適用于雙相不銹鋼。然而,雙相不銹鋼令人滿意的性能,針對如何采用更經濟的工藝作了很多努力。結果是除氧乙炔焊接因伴生焊縫的碳污染外,幾乎所有的焊接工藝現在均可用于雙相不銹鋼。

12.3.1 焊后熱處理

氣體保護鎢極電弧焊(GTAW)有時也叫做惰性氣體保護鎢極(TIG)焊,特別適用于短焊道手工焊。對于簡單的幾何形狀它可以自動操作,但作為大型設備大量焊接的主要方法一般是不經濟的。由于許多加工即使把另一種工藝作為主要焊接方法也需要一些GTA焊接,因此,作為維修和局部修整目的,對GTAW工藝進行評定通常是恰當的。

設備

GTAW最好采用恒定電流電源,用高頻電路輔助起弧。GTA焊應采用直流正極性(DCSP),焊條為負極。使用直流反極性(DCRP)會損壞電極。電極應為2%釷鎢極(AWS規范5.12 EWTh-2類)。通過將電極研磨成頂角為30到60度、錐點為小平面的錐形,幫助控制電弧。在GTAW自動焊焊透過程保證焊透的理想頂角應通過實際生產中的一些試驗來確定。

提高石油回收率的設備采用2507不銹鋼。© Aquatech

大口徑雙相不銹鋼跨境管道的機械化焊接。© Arco Exploration and Production Technology

填充金屬

用于雙相不銹鋼焊接的填充金屬多數是“匹配”的,但相對于與之匹配的鍛軋產品,其鎳含量一般更高。通常鎳含量比鍛軋產品高約2%~4%。填充金屬中的氮含量一般略低于母材。普遍認為較高合金化的雙相不銹鋼填充金屬適用于焊接低合金化的雙相不銹鋼。采用“匹配”填充金屬焊接雙相不銹鋼奧氏體不銹鋼或碳鋼和合金鋼可以獲得令人滿意的結果。

保護

像所有的氣體保護焊接工藝一樣,采用GTAW時,必須保護焊接熔池免受空氣氧化和污染。通常采用惰性氣體,氬氣,純度為99.95%或更高的干燥焊接氬氣實施這種保護。

重要的是氣體處理系統應清潔、干燥和無泄漏,可調節流量以供應足量氣體,以及防止保護氣體紊流和吸入空氣。應在起弧前幾秒鐘啟動氣體,滅弧后再保持幾秒鐘,保持時間最好足夠長,以使焊縫和熱影響區冷卻到不銹鋼氧化溫度范圍以下。為保護焊條,使用常規氣體擴散網屏(氣篩)時建議流速為12~18l/min( 0.4~0.6cfm),使用常規噴嘴時要求流速為上述流速的一半。

焊縫背面用保護氣體(也是純氬)流速取決于焊縫根部體積,但應足以確??諝馔耆艃舨⑹购缚p獲得完全的保護(以沒有回火色為準)。由于氬氣比空氣重,應從封閉體積的下部向上送氣,吹洗氬氣的用量最少為焊縫根部體積的7倍。

用純氬保護可得到滿意的焊接效果,但也有進一步改進的可能。添加高達3%的干燥氮氣有助于保留焊縫金屬的氮含量,尤其對于較高合金化的雙相不銹鋼而言。但發現加氮后增加了電極消耗,而加入氦可局部抵消這種影響。

應避免向保護氣體中加入氧氣和二氧化碳,因為它們會降低焊縫的耐蝕性。由于雙相不銹鋼中的鐵素體相可能產生氫脆或氫致開裂,所以在保護氣體和焊縫背面用保護氣體中不應當使用氫氣。

如果焊炬配有氣體輸送系統和水冷系統,則應對它們進行定期檢查,以保證保存的氣體干燥、清潔。

技術和參數

對于雙相不銹鋼來說,坡口、對準、根部鈍邊和間隙準備的均勻一致特別重要。雖然奧氏體不銹鋼允許使用一些焊接技巧克服坡口準備的缺陷,但使用這些技巧卻使雙相不銹鋼有在相應溫度區間停留時間延長的危險。如果可能的話,不建議使用銅墊板,因為雙相不銹鋼對銅造成的表面污染敏感。

在焊接區外起弧會產生局部自熔焊焊點,冷卻速度很快,導致局部高鐵素體含量及耐蝕性的下降。為了避免產生這種問題,應在焊接接頭上起弧。

應采用完全的氣體保護進行定位焊。在根部焊道的起點不應當進行定位焊。理想情況下,為了避免定位焊引起的根部焊道開裂,根部焊道最好采用斷續焊且磨掉定位焊縫或在焊接根部前局部修磨定位焊縫。

應仔細保持根部間隙寬度以確保根部焊道熱輸入和稀釋的一致。應在焊接填充焊道前研磨根部焊道的起點和終點。各焊接道次間,應允許工件冷卻到150℃(300℉)以下(對于標準雙相不銹鋼)和100℃(210℉)以下(對于超級雙相不銹鋼),以便后續焊接中使熱影響區有足夠的時間冷卻。

用GTAW法焊接雙相不銹鋼時最常使用的填充金屬為鎳略高的“匹配”填充金屬。更高合金化的雙相不銹鋼的匹配填充金屬,如超級雙相不銹鋼填充金屬已成功用于焊接2205母材。

一般使用的焊絲直徑為1.6、2.4和3.2mm(1/16,3/32和1/8英寸)。焊絲應當清潔、干燥,使用前應保存在有蓋容器內。在平焊位置進行焊接效果最佳。焊炬應保持盡可能接近垂直以使保護氣體中吸入的空氣量最少。

為滿足多種材料厚度和接頭設計要求,選擇熱輸入的靈活性很大。按下列公式計算,熱輸入一般在0.5~2.5kJ/mm(15~65kJ/英寸)范圍內。熱輸入(kJ/mm)=(V x A)/(S x 1000)其中V = 電壓(伏特)A = 電流(安培)S = 移動速度(mm/s)或熱輸入(kJ/inch)=(V x A x 6)/(S x 100)其中V = 電壓(伏特)A = 電流(安培)S = 移動速度(in/min)一般推薦的熱輸入:2304或經濟型雙相不銹鋼:0.5~2.0 kJ/mm(15~50 kJ/in)2205:0.5~2.5 kJ/mm(15~65 kJ/in)2507:0.3~1.5 kJ/mm(8~38 kJ/in)采用GTAW焊接,如果有良好的氣體保護,并適當地控制在某些溫度的停留時間,則焊接的焊縫具有良好的韌性和耐蝕性。GTAW適用于各種場合的焊接。GTAW經常用來補充和完成采用其他焊接方法組裝的大型構件。對各類可能使用GTAW的情況進行焊接工藝評定是很重要的。

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