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宏盛特鋼雙相不銹鋼換熱管管板脈沖鎢極氬弧焊焊接工藝
發布者:不銹鋼管廠(www.9600014.live) 發布時間:2020/4/13 閱讀:153

 浙江宏盛特鋼有限公司分析了換熱管管板用雙相不銹鋼的焊接性,選用脈沖鎢極氬弧焊,進行焊接工藝評定試驗,通過滲透檢測、宏觀金相檢查、金相組織和顯微硬度分析,確定了合理的焊接工藝,保證焊縫金屬獲得較理想的相比例,防止焊縫脆性和裂紋的產生,并指導產品生產。

 

  雙相不銹鋼是指鐵素體與奧氏體各占50%的不銹鋼,它與鐵素體相比,塑性、韌性更高,無室溫脆性,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,與奧氏體不銹鋼相比,熱導率大,線膨脹系數小,很適合制作熱交換器的管芯,換熱效率比奧氏體不銹鋼高。宏盛特鋼針對SAF2205雙相不銹鋼換熱管與管板焊接采用脈沖鎢極氬弧焊的焊接工藝進行研究。

 

一、雙相不銹鋼的焊接特點

   雙相不銹鋼具有良好的焊接性,它不像鐵素體不銹鋼焊接熱影響區由于晶粒嚴重粗化而使塑韌性大幅減低,也不像奧氏體不銹鋼對熱裂紋很敏感,選用合適的焊接工藝一般不會發生焊接熱裂紋和冷裂紋。但雙相不銹鋼中畢竟具有較高的鐵素體,焊接工藝不當,可能會出現下列問題:

  1. 當在300~500℃停留時間較長時,會發生“475℃脆性”;在600~900℃溫度停留時間長時,還會出現σ相脆性和高溫晶粒長大脆性,這都會降低焊接接頭耐腐蝕性能。

  2. 當拘束度較大時,還存在氫致裂紋的危險。

  3.一般較少相至少在30%以上,相比例的平衡對防止熱影響區腐蝕與脆化非常重要。


二、焊接工藝評定試驗

 1. 焊接方法的選擇

   結合產品換熱管較薄準32mm×2.5mm和管板焊接的特點,至德鋼業選用WZM1-315C管板自動焊機進行自動脈沖鎢極氬弧焊。通過脈沖電流、脈沖時間和基值電流、基值時間的調節,能夠調節較小的熱輸入,可防止焊接接頭過熱晶粒粗大和脆化。另外,高頻電弧具有很強的穿透力,能增加焊縫熔深,其振蕩作用有利于晶粒細化、消除氣孔,得到優良的焊接接頭。


 2.焊接材料的選擇

  SAF2205雙相不銹鋼焊接時,焊接材料的化學成分通常與母材略有不同,焊材中的Ni含量要高于母材,以促進鐵素體向奧氏體的轉變,并能穩定焊縫中的奧氏體相。根據換熱管和管板結構特點,選擇準0.8 mm的ER2209焊絲,母材和焊材的化學成分比較見表。


 3. 焊前準備

  按照NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》附錄D要求,換熱管與管板組對如圖所示,管頭伸出長為5mm。其中換熱管是準32 mm×2.5 mm的SAF2205,管板是Q345R采用堆焊而成的,過渡層采用E309L-16焊條,耐蝕層采用E2209-16焊條,堆焊層厚度為10 mm,堆焊層化學成分見表1。焊前要對換熱管的被焊管端與管板進行清理,清除毛刺、油污等污物,用不銹鋼絲刷將待焊部位的表面及附近清理干凈,直至露出不銹鋼金屬光澤,然后用丙酮液清洗。


 4. 焊接

   焊接時先進行定位焊,不能直接在根部點固焊定位,需采用同材質的小定位塊定位裝配,焊縫長度約3~5mm,定位塊定位好后,用貼紙密封坡口,背面充Ar保護,直流正接,準0.8mm的ER2209焊絲,準2.5mm的鈰鎢極,φ(Ar)99.99%的氬氣保護,氣體流量8~10L/min,噴嘴直徑為12mm,焊接2層,第2道焊縫的引弧點應避開第1道的引弧和熄弧點,焊接順序和方位如圖所示,道間溫度控制在150℃以下。具體焊接工藝參數見表。


5. 焊接工藝要點

   雙相不銹鋼焊接時,除了嚴格控制焊接工藝參數外,還需嚴格遵照下列注意事項和技術措施,才能保證良好的焊接質量。

  a. 清理采用機械或化學方法,對焊接坡口及兩側的氧化皮、油脂、灰塵、水和污染物等進行徹底清理,以減少焊縫中的H含量,防止氫致裂紋;清理工具如鋼絲刷、敲渣錘等須由不銹鋼制成,打磨用砂輪也必須為專用于打磨雙相不銹鋼的砂輪;焊接完成后,立即使用專用的不銹鋼鋼絲刷趁熱擦刷焊縫表面,消除焊縫表面的氧化色,以防止焊接接頭耐腐蝕性能下降。

  b.引弧和熄弧嚴禁在管板上引;熄弧時,弧坑要填滿,過渡要平滑,不應有明顯凸棱和凹陷。

  c.氣體保護采用大直徑噴嘴,加大保護氣體流量,提高氣體保護效果。

  d.防變形措施為防止管板變形,焊接時應從中心向四周以對稱放射狀向外焊接。


三、焊接試板檢驗

  換熱管管板焊接試板檢查,首先需外觀檢查焊縫表面是否平整光滑、波紋細密以及無肉眼可見焊接缺陷。


1. 滲透檢測

  按照JB/T 4730—2005對換熱管管板10個焊接接頭進行100%滲透檢測(PT),沒有發現氣孔和裂紋等缺陷,檢驗合格。


2.宏觀金相檢查

  按照NB/T 47014—2011取呈對角線位置的2個管接頭切開,兩切口互相垂直。切口一側面通過換熱管中心線,對兩接頭中4個剖面的8個觀察面進行檢查,其中包括1個取自接弧處;將宏觀金相試樣的檢查面磨光,使焊縫區與熱影響區界限清晰,采用10倍放大鏡進行檢驗,焊縫根部焊透、沒有裂紋、未熔合。然后測定8個金相檢查面上每個角焊縫的厚度為2.0~2.2mm,大于合格值1.7mm,宏觀檢驗合格。


3.金相組織檢驗

  對換熱管、管板堆焊層和焊縫進行了金相檢驗,金相組織分別如圖所示,圖中黑色的是鐵素體,白色的是奧氏體。用網格交點技術法對鐵素體測定,管材鐵素體約各占50%;管板堆焊層中鐵素體含量約為35%,焊縫中鐵素體含量約為40%,滿足技術要求的30%~60%,沒有出現相脆硬組織,且得到了細小均勻的兩相混合組織。試件分2層焊接,1次焊接熱影響區經受2次焊接熱循環,不僅促進了奧氏體相的進一步轉變,而且還細化了晶粒。


 4. 顯微硬度試驗
從剩余的不銹鋼管頭上取試樣進行顯微硬度試驗,采用HVS-50型數顯維氏硬度計測量接頭的顯微硬度,測量方法從換熱管、焊縫金屬到管板依次進行測量,如圖6所示,測量結果如圖所示。從測定結果可知,無淬硬傾向,滿足技術要求。


四、產品焊接

  經過對SAF2205雙相不銹鋼換熱管管板焊接工藝評定試驗和分析,確定焊接工藝的正確性,為管板焊接提供了有力保障,將此焊接工藝運用在實際產品換熱器管板的焊接生產,焊后經0.2 MPa壓縮空氣試漏、100%PT檢測(I級),全部合格。換熱器管板焊接如圖8所示。

  焊接換熱器管板時,焊接操作要注意:

 1. 要控制好焊槍傾角和送絲角度,機頭需水平放置送絲在鎢極的稍前下方,一般焊槍鎢極對準坡口的外邊緣1/3處,送絲貼著管壁與坡口的根部為最佳角度。

 2. 控制好開關。焊接過程中根據情況不斷調節電弧長度,防止出現未熔合、鎢極打管板等情況。


五、結論

   通過對雙相不銹鋼換熱管管板的焊接工藝分析、評定試驗和檢驗以及產品焊接生產,該管束裝置經過3個月的使用,運行穩定,滿足使用要求,證明本文選擇的自動脈沖鎢極氬弧焊的焊接工藝和確定的操作要點是合理的,保證了焊縫金屬獲得較理想的相比例,防止焊縫脆性相和裂紋的產生。

 

 
 

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