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南京凯曼仪表焊接技术人员培训手册

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◆关于在常温下工作,腐蚀性弱或仅为幸免锈蚀污染的设备,方可采纳不含Ti或Nb的不锈钢焊条。

◆为保证焊缝金属的耐应力腐蚀能力,采纳超合金化的焊材,即焊缝金属中的耐蚀合金元素(Cr、Mo、Ni等)含量高于母材。如采纳00Cr18Ni12Mo2类型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。

(6)关于在低温条件下工作的奥氏体不锈钢,应保证焊接接头在使用温度的低温冲击韧性,故采纳纯奥氏体焊条。如A402、A407。

(7)也可选用镍基合金焊条。如采纳Mo达9%的镍基焊材焊接Mo6型超级奥氏体不锈钢。 (8)焊条药皮类型的选择:

◆ 由于双相奥氏体钢焊缝金属本身含有一定量的铁素体,具有良好的塑性和韧性,从焊缝金属抗裂性角度进行比

较,碱性药皮与钛钙型药皮焊条的差不不像碳钢焊条那样显著。因此在实际应用中,从焊接工艺性能方面着眼较多,大都采纳药皮类型代号为17或16的焊条(如A102A、A102、A132等)。

◆只有在结构刚性专门大或焊缝金属抗裂性较差(如某些马氏体铬不锈钢、纯奥氏体组织的铬镍不锈钢等)时,才考虑选用药皮代号为15的碱性药皮不锈钢焊条(如A107、A407等)。 4、铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接: (1)对国内外双相不锈钢的认识:

●用途:要紧用于耐强腐蚀性介质(如氯离子含量较高)的石油化工、海水与废水处理的设备、管道等场合。 ●组织和性能特点:

◇含有较高的铬(18-28%)和较低的镍(4-10%),室温下的组织为奥氏体+铁素体,通常铁素体含量不低于50%。

◇屈服强度可达400-550MPa,是一般不锈钢的2倍

◇同时具有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的一些特性,韧性良好,强度较高,耐氯化物应力腐蚀优于一般不锈钢。

◇具有良好的焊接性能:与奥氏体不锈钢相比,具有较低的热裂倾向;与铁素体不锈钢相比,具有较低的加

热脆化倾向。

●双相不锈钢的类型:

双相不锈钢的品种专门多,最常用的有3种,即: ◇超低碳的18Cr-5Ni-3Mo型(也称Cr18型、 1805型):

如已列入国家标准GB4237《双相不锈钢热轧钢板》的00Cr18Ni5Mo3Si2(1805);美国ASTM S31500(18Cr-5Ni-3Mo-N,抗拉强度下限630MPa)

◇23Cr-4Ni-Mo型(也称Cr23无Mo型、 2305型):

如:美国ASTM S32304(23Cr-4Ni-Mo-Cu-N,抗拉强度下限600MPa) ◇22Cr-5Ni-3Mo型(也称Cr22型、 2205型):

如:美国ASTM S31803(22Cr-5Ni-3Mo-N,抗拉强度下限620MPa)

◇25Cr-7Ni-4Mo型(也称Cr25型、2507型):分一般和超级两种类型。

■如:已列入国家标准GB4237-92《双相不锈钢热轧钢板》和GB13296-91的一般双相不锈钢有0Cr26Ni5Mo2;美国ASTM S31260(一般型,25Cr-6Ni-3Mo-Cu-N-W,抗拉强度下限690MPa)、 ASTM S32750(超级型,25Cr-7Ni-4Mo-N,抗拉强度下限800MPa)。

(2)双相不锈钢的焊接特点:

◇具有良好的焊接性,热裂纹敏锐性较小,当双相组织的比例适当时冷裂纹敏锐性也较低。但在拘谨度较大及焊缝金属含氢量较高时,由于双相组织中的铁素体作用,仍存在氢致裂纹的危险。

◇双相钢在300-500℃范畴内存在时刻较长时,发生“475℃脆性”,因此双相钢的使用温度常低于250℃。

★各种类型双相钢的具体焊条选用:

☆Cr18型双相钢:选用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材(如AWS A5.4 E2209和ER2209牌号);也可选用含Mo的奥氏体型不锈钢焊材,如A022Si(E316L-16)、A042(E309MoL-16)。

☆Cr23无Mo型双相钢:选用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材(如AWS A5.4 E2209和ER2209牌号);也可选用奥氏体型不锈钢焊材,如A062(E309L-16)。

☆Cr22型:选用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材(如AWS A5.4 E2209和ER2209牌号);也可选用含Mo的奥氏体型不锈钢焊材,如A042(E309MoL-16)。

☆Cr25型:选用Cr25-Ni5-Mo3或Cr25-Ni5-Mo4型超低碳焊材,(如AWS A5.4 E2553和ER2553牌号) ;也可选用不含Nb的高Mo镍基焊材,如无Nb的NiCrMo-3型焊材。 ●预热:不需要。层间温度不高于100℃。

●焊接线能量: Cr18型双相钢不大于15kJ/cm; Cr23无Mo型和Cr22型双相钢为10-25kJ/cm; Cr25型双相钢为10-15kJ/cm。

●焊后热处理:不需要。

(3)双相不锈钢的焊接工艺要点: ●焊接方法:

钨极氩弧焊、手工电弧焊、熔化极钨极气体爱护焊、埋弧焊均可均可。 ●焊接材料:

◇为防止σ相和保证焊缝金属正常的奥氏体/铁素体相比例,焊接双相钢也同样要采纳“超合金化”焊材,即高镍焊材。

◇为防止碳化物析出,焊缝金属的含碳量应操纵在超低碳(0.03%)的水平。 ◇当对焊缝金属的耐腐蚀性能有专门要求时,还应采纳超级双相钢成分的碱性焊条。 5、超级奥氏体不锈钢的焊接:

目前在国外广泛开发应用的新钢种,用于抗氯离子等强腐蚀的环境。我公司将在烟台万华MDI项目和宁波台塑NAE项目上接触到。

★国外最典型的超级奥氏体不锈钢是ASTM S31254(254SMo),公称成分20Cr-18Ni-6Mo,强度比316L高约50%。

(1)组织和性能特点:

◇化学成分介于一般奥氏体不锈钢与镍基合金之间,含有较高的Mo、N、Cu等合金化元素,以提高奥氏体组织的稳固性、耐腐蚀性,专门是提高抗Cl-的应力腐蚀开裂性能 ◇钢的组织为纯奥氏体组织。

◇冷加工硬化倾向较大,冷成形后有较大的反弹。因此加工时要有一定的成形留量。冷成形后不需热处理。

◇长时刻热成形加热易导致严峻的起皮现象。热成形后一样需要固溶处理。

(2)焊接特点:同其它奥氏体不锈钢相同。 (3)焊接工艺要点:

●焊接方法:优选钨极氩弧焊,其次手工电弧焊。

●焊接材料:采纳镍基焊材,如焊丝ASTM A5.14 ERNiCrMo-3;焊条ASTM A5.11 ENiCrMo-12。 ●预热:不需要,层间温度不高于100℃。 ●焊接线能量:操纵。

●焊后热处理:一样不需要。假如采纳自熔焊(即不填丝TIG焊)时,要进行固溶处理和淬火,以保证耐蚀性。建议尽量不采纳自熔焊工艺。

(六)异种钢的焊条选用

1、异种钢焊接的要紧咨询题:

●焊接接头的化学不平均性及由此引起的组织和力学性能的不平均性 ●界面组织的不稳固性 ●应力变形的复杂性

2、获得优质异种钢焊接接头的焊接工艺要点: ●幸免淬火钢的复合结构近缝区产生裂纹; ●保证焊缝金属中没有热裂纹; ●保证不使高合金钢有显著的稀释;

●保证焊接接头与差不多金属有较近的膨胀系数。 3、异种钢焊接材料选择的差不多原则:

●所选择的焊接材料必须能够保证异种钢焊接接头设计所需要的性能,如力学性能、耐热、耐蚀性能等; ●所选择的焊材必须在有关稀释率、熔化温度和焊接件其他物理性能要求等方面能保证焊接性需要;

●在焊接接头中不产生裂纹等缺陷的前提下,当不可能兼顾焊缝金属的强度和塑性时,应优先选用塑性好的

填充金属;

●焊接材料应经济、易得,并具有良好的焊接工艺性能。

4、碳钢与低合金结构钢或异种低合金结构钢焊接时的焊条选用:

(1)选用的焊条应能保证焊缝金属及接头的强度高于强度较低一侧的钢材,而焊缝的塑性及冲击韧性不低于强度较高而塑性、韧性较低一侧的钢材。即强度、塑性和韧性都不应低于被焊材料的最低值。

(2)一样选用低氢型焊条,以保证焊缝金属的抗裂性能和塑性。

(3)要求焊丝中的碳含量低些,而锰的含量高些,期望锰/硅的比值提高,以减少热裂纹产生。

★JB/T4709-2000规定:不同强度钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证力学性能,且其抗拉强度不应超过强度较高母材标准规定的上限值。

5、碳钢、低合金结构钢与珠光体耐热钢焊接时的焊条选用:

(1)通常这类异种接头的使用温度不专门高,一样选用与合金含量较低一侧的母材相匹配的焊材,并保证焊接接头的常温力学性能,接头强度不低于两种母材标准规定值的较低者。

(2)可选用碳钢焊条,也可选用耐热钢焊材。但焊接工艺应遵循珠光体耐热钢的要求。如A3或16Mn与15CrMo焊接时,可采纳J507或R207焊条。

(3)结构刚性大、焊后不进行热处理的场合,可采纳A307焊条,但这类异种钢接头的最高工作温度不得超过350℃。 5、异种珠光体耐热钢焊接时的焊条选用:

(1)在同工作温度下,应满足强度较低一侧钢材的要求,又要考虑使焊缝合金元素的含量不低于合金元素较少的一侧母材,但焊缝的热强性应等于或高于母材金属。一样情形下均选用低氢型焊条。

(2)在某些情形下,为防止焊接时、焊后热处理时或使用过程中碳的迁移,保证接头的高温性能,应选用介于两种母材金属之间的焊条。 ■举例:

12Cr1MoV与10CrMo910管道焊接,当选用R307、R407、R317、J507时,焊接接头的室温力学性能均能满足(焊接工艺评定结果)。但按高温持久强度要求,选用R407、R317焊条能够满足使用要求;而用R307、 J507则不能满足要求。

(3)若产品不承诺或施工现场无法进行焊前预热和焊后热处理时,可选用奥氏体焊材。但关于高温状态下的珠光体异种接头,要慎用奥氏体焊材。

(4)若该类异种钢接头在使用温度下可能产生扩散层时,则最好在坡口面堆焊隔离层,隔离层金属应含有Cr、V、Ti等强烈碳化物形成元素。

6、珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时的焊条选用:

☆通常把碳钢、低合金结构钢、珠光体耐热钢统称为珠光体钢。 ●焊接特点:

珠光体钢与奥氏体钢接头的熔合线两侧显现碳和碳化物形成元素的浓度差,它处于350-400℃温度下长期工作时,或在焊后热处理过程中,往往会在熔合线区域显现碳元素的扩散:

◇在珠光体钢母材金属边缘形成脱碳层,脱碳层晶粒甚粗大,导致软化。

◇在奥氏体钢母材金属一侧形成增碳层,增碳层中的碳元素以铬的碳化物形状析出,并导致硬化。

★实践证明,脱碳层是接头中的薄弱环节,对高温持久强度的阻碍较大,约降低10-20%。

●奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接材料的选择要考虑的因素:

(1)克服珠光体钢对焊缝的释释作用。 ■举例:

比较J507、A132、A302、A402四种焊条焊接时的焊缝组织: □用J507施焊,组织为马氏体,不承诺采纳;

□用A132施焊,焊缝差不多上也是马氏体组织,而且越靠近碳钢侧,马氏体数量越多,是脆性破坏的起始区域,也不适用;

□用含镍大于12%的A302、A402施焊时,组织差不多上是奥氏体或全部为奥氏体,可用。

(2)抑制熔合区中碳的扩散。提高焊材的奥氏体形成元素,是抑制熔合区中碳扩散最有效的手段。随着工作

温度的提高,要阻止碳扩散,必须提高镍含量:

◇350℃以下:焊缝金属的镍含量能够不超过10%; ◇350-450℃:镍含量应为10-19%; ◇450-550℃:镍含量应为19-31%; ◇550℃以上:镍含量应为31%以上。 (3)改变焊接接头的应力分布。

◇国外常用与珠光体钢线膨胀系数相接近的Cr15Ni70镍基焊材来焊接该类异种钢,使得高温应力集中在奥氏体不锈钢一侧的熔合区,减轻了珠光体钢一侧熔合区的压力,对接头比较有利。

◇在坡口面堆焊隔离层也有效。但用于堆焊的焊条合金成分应高于焊缝金属。如:在珠光体钢一侧坡口上堆焊两层A302或A307焊条,然后与奥氏体不锈钢焊接。

(4)提高焊缝金属的抗裂纹能力:在不阻碍使用性能的前提下,最好使焊缝金属中含有一定数量的铁素体组

织。

★试验讲明,A302、A307焊条的抗裂性能比单相的A402、A407焊条优越。

★综上所述,此类异种钢焊接所选用的焊条只有A302、A307或A402、A407适宜,不仅能克服珠光体钢对焊缝的稀释,对抑制熔合区中碳扩散和改变焊接接头应力分布也有利。但A402、A407的热裂纹倾向较大,生产上比较少用。

★JB4709-2000规定:奥氏体高合金钢与碳素钢或低合金钢之间的焊缝金属应保证抗裂性能和力学性能。宜采纳铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料。

■工程应用实例:

(1)12CrMo、15CrMo珠光体钢与1Cr18Ni9Ti奥氏体钢焊接时,若选用A307、A407焊条,则即使稀释率达25-30%,焊缝金属中也不致显现马氏体组织。

南京凯曼仪表焊接技术人员培训手册

◆关于在常温下工作,腐蚀性弱或仅为幸免锈蚀污染的设备,方可采纳不含Ti或Nb的不锈钢焊条。◆为保证焊缝金属的耐应力腐蚀能力,采纳超合金化的焊材,即焊缝金属中的耐蚀合金元素(Cr、Mo、Ni等)含量高于母材。如采纳00Cr18Ni12Mo2类型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。(6)关于在低温条件下工作
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