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焊缝浇水冷却焊接316L不锈钢,你想到了吗


时间:2018-10-10 14:32  来源:未知   作者:admin  点击:

1. 概述

无锡不锈钢板厂家-鑫晟荣不锈钢2018年10月10日讯  316L不锈钢属于奥氏体不锈钢,这类钢具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性,综合性能优良。由于添加了Mo元素(2%~3%),316L不锈钢不仅具有良好的耐点蚀性、抗蠕变性、耐高温性,而且加工硬化性能较好,故在管道、热交换器、食品设备、化工设备及钟表器械等行业被广泛使用。因此,研究和掌握316L不锈钢的焊接性,具有很大的实用价值。

本文采用焊缝浇水的冷却方式焊接316L不锈钢,在焊接试验的基础上,进行了焊接工艺评定,焊缝的质量和接头的力学性能均符合相关规定,工艺评定合格。说明焊接316L不锈钢,采用对焊缝浇水来快速冷却是可行的。

2. 316L不锈钢的性能

316L不锈钢的材料牌号为022Cr17Ni12Mo2,其化学成分如表1所示

316L不锈钢应经固溶处理,固溶处理温度为1010~1150℃,其常温力学性能如表2所示

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3. 316L不锈钢的焊接性

316L不锈钢在焊接时易产生以下问题:

(1)热裂纹 由于316L不锈钢含Cr、Ni等金属元素较多,易与S、P等杂质形成低熔点化合物或共晶硼、硅等的偏析,将促使产生热裂纹;焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织,有利于有害杂质和元素的偏析,从而促使形成连续的晶间液膜,提高了热裂纹的敏感性;若焊接时加热不均匀,则易形成较大的拉应力,促进焊接热裂纹的产生。

(2)晶间腐蚀 根据贫铬理论,焊缝和热影响区在加热到450~850℃敏化温度区间时,将发生敏化,过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散与晶界附近的铬结合成铬的碳化物(CrFe)23C6,并在晶界沉淀析出。铬原子扩散速率没有碳快,来不及从晶内补充到晶界附近,因而晶界出现贫铬区,丧失了抗腐蚀性能,在腐蚀性介质中工作一段时间会出现晶间腐蚀。

(3)应力腐蚀开裂 316L奥氏体不锈钢线膨胀系数较大,导热性较差,焊接时,焊缝在拘束状态下,产生较大的焊接残余应力和变形,导致焊缝产生延迟开裂现象或无塑性变形的脆性破坏。

为了有效控制316L不锈钢焊接时产生以上问题,除了选择合适的焊材外,采用合理的焊接工艺是关键。焊接时应采用能量集中的焊接方法,选择较小的电流,较快的焊接速度,降低热输入,加快焊缝冷却速度,缩短经过危险温度区域的冷却时间。

4. 焊材的选用

为保证焊缝的力学性能和抗晶间腐蚀能力,焊接材料选择了与316L不锈钢同材质的A022焊条,其化学成分和熔敷金属力学性能分别如表3、表4所示

5. 焊接工艺试验

在焊接参数相同的情况下,加快焊缝冷却速度,成为获得优良焊缝组织的突破口。为此,我们对316L不锈钢进行了焊接试验,采用焊条电弧焊(SMAW),试验使用的316L不锈钢板厚度40mm,55°的X形等边坡口,1mm钝边,焊接采用1G平焊位置。焊接使用的焊条直径为3.2mm,焊前烘干350℃×1h,焊接电流80~120A,电弧电压24~28V,最大热输入为14.4kJ/cm。

焊接试验时,使用相同的焊接参数,我们采用以下三种冷却方式焊接316L不锈钢。

(1)风冷 每道焊缝焊接完成后,使用压缩空气对焊道吹风冷却,压缩空气通过风管在焊缝平行的方向上吹风以冷却焊缝。风冷焊接如图1所示

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图1

试验发现,对焊缝采用吹风冷却,效果并不理想,焊缝冷却速度缓慢,每道焊缝焊接完成后,需20min以上,焊缝温度才能降至40℃左右(手摸不烫)。

(2)焊缝背面浸水冷却 先将焊接试板对接坡口一面打底焊好,背面清根,打磨清理干净,PT检测确认无缺陷后,将试板厚度方向一半浸在水中(打底焊好的一面浸在水中)。然后再焊接余下的焊缝,使焊缝的背面浸在水中以达到冷却焊缝的目的。由于316L不锈钢的导热性较差,采用焊缝背面浸水的冷却方式,焊缝冷却速度也不理想,每道焊缝焊接完成后,需要15min以上,焊缝温度才能降至40℃左右(手摸不烫)。

(3)焊缝浇水冷却 在第二种冷却方式的基础上,不仅将焊接试板浸在水中,而且每道焊缝焊接完成后,直接向焊道表面浇水来冷却焊缝。试验显示,采用焊缝浇水的冷却方式,焊缝冷却速度明显加快,每道焊缝焊接完成后,只需浇水冷却3min左右,焊缝温度即降至40℃左右(手摸不烫)。浇水冷却焊接如图2所示

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图2

6. 焊接工艺评定

在焊接试验的基础上,我们对采用焊缝浇水冷却方式的316L不锈钢进行了焊接工艺评定,工艺评定使用的316L不锈钢试板,焊接参数等与焊接试验时相同。焊接试板打底焊完成后,将试板浸在水中,每道焊缝焊接完成后,直接向焊道表面浇水来冷却焊缝,待焊缝温度降至40℃左右,使用电吹风将焊缝及两侧50mm范围的水汽吹干,打磨清理干净后,再焊接下一焊道。

试板焊接完成24h后,按JB/T4730.3—2005Ⅰ级对试板的对接焊缝进行了表面渗透检查(PT);按JB/T4730.2—2005Ⅱ级对焊缝进行了射线检查(RT),检查结果均合格。

根据NB/T47014—2011《承压设备焊接工艺评定》,对焊接试板的对接接头进行了力学性能试验。对接接头的力学性能试验结果如表5所示。焊接试板的各项力学性能试验结果均符合NB/T47014—2011的规定,焊接工艺评定合格。

7. 结语

(1)焊接工艺评定合格,说明采用焊缝浇水冷却的方式焊接316L不锈钢是可行的,为新工艺的实施提供了保障。

(2)解决了焊接316L不锈钢快速冷却焊缝的工艺难题,完善了316L不锈钢的焊接工艺措施,有助于形成良好的焊缝组织,提高了产品的焊接质量,给实际生产带来效益。


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