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对压力容器中异种钢的焊接特点及工艺要点分析

时间:2022-11-22 15:20:09 来源:网友投稿

在压力容器制造中,常常会遇到这样一些问题,如两种牌号不同的钢之间的焊接,这些问题表面看似乎很简单,但在实际操作中却存在诸多问题。为此,笔者就上述问题进行了深入细致的分析,对压力容器中异种钢焊接特点、工艺要点进行阐述,以便施工中掌握与执行,确保产品质量的安全可靠。

一、异种钢焊接特点

由于异种钢接头两侧的母材无论从化学成分上还是物理、化学性能上都存在着差异,因此,焊接时,要比同一种钢自身之间的焊接要复杂得多。异种钢焊接时存在以下焊接特点:

(一)接头中存在着化学成分的不均匀性

异种钢焊接接头的化学成分不均匀性及由此而导致的组织和力学性能不均匀性问题极为突出,特别是对于第二类异种钢接头更是如此。不仅焊缝与母材的成分往往不同,就连焊缝本身的成分也是不均匀的,这主要是由于焊接时稀释率的存在所造成的。这种化学成分的不均匀性对接头的整体性能影响较大。

(二)接头熔合区组织和性能的不稳定性

在母材与焊缝金属之间的熔合区由于存在着明显的宏观化学成分不均匀性,因此就引起组织极大的不均匀性,给接头的物理化学性能、力学性能带来很大影响。

(三)焊后热处理是较难处理的问题

异种钢接头的焊后热处理是一个比较难处置的问题,如果处置不当,会严重损坏异种钢接头的力学性能,甚至造成开裂。例如对于同类异种钢接头,一侧母材强度较低,要求的焊后热处理温度也较低,而另一侧母材强度及合金元素含量较高,要求的焊后热处理温度较高,此时如果PWHT温度选择不当,会使强度低的一侧母材强度下降过度。

二、异种钢焊接工艺要点

(一)焊材选择

正确地选用焊材是焊接异种钢的关键,焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。其焊材选用的基本原则有以下几点:

1 在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下,若焊缝金属的强度和塑性不能兼顾时,则应选用塑性和韧性较好的焊材。

2 焊缝金属性能只需要符合两种母材中的一种,即可认为满足使用技术要求。一般情况下,选用焊材使焊缝金属的力学性能及其他性能不低于母材中性能较低一侧的指标,即认为满足了技术要求。但在某些情况下还应从焊接工艺性能(如抗裂性等)方面来考虑。

3 结构钢的异种钢号焊接时,对相同强度等级的结构钢焊条,一般应选用抗裂性能好的低氢焊条。对于金相组织差别比较大的异种钢接头,如珠光体一奥氏体异种钢接头,则必须充分考虑填充金属受到稀释后焊接接头性能仍然得到保障。

4 在满足性能要求的条件下,选用工艺性能好、价低、易得的焊材。

5 对于异类异种钢接头,一般均选用高铬镍奥氏体不锈钢焊条或镍基合金焊条。对于工作条件苛刻的重要接头,首推选用镍基合金焊条,因为虽然它价格较贵,但可以减少或避免碳迁移,且其焊缝金属的线膨胀系数介于铁素体钢和奥氏体钢之间,对接头的组织及力学性能都有好处。

(二)焊接预热要求

预热温度的确定,一般按预热要求高的一侧来确定焊接预热温度,但对于异类异种钢接头,可以适当降低预热温度,必要时经试验后确定。

(三)焊接规范的确定

对于异类异种钢接头,在选择焊接规范时,因设法降低熔合比。为此,应选择小直径焊条或焊丝,尽量选用小电流快速焊。

(四)采用预堆边焊的方法进行焊接

有时为了解决异种钢接头预热和焊后热处理难的问题,往往采用预堆边焊的方法进行焊接(如图)。

其工艺顺序为:在需要热处理的一侧母材坡口先预堆边焊1~2层与焊缝同种钢的焊条-此侧进行PWHT-冷态焊接整个焊缝,然后接头不再进行PWHT。

(五)焊后热处理温度的确定

一般是按照热处理温度要求高的一侧母材来选定异种钢接头的PWHT温度,此时一定要事先做焊接工艺评定,以防使强度低的一侧母材强度严重下降,出现强度不合格。

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