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摘要:分析奥氏体不锈钢压力容器设备现状及存在的问题。奥氏体不锈钢压力容器产品在制造过程中,经常出现焊接过烧、焊接变形、氩弧焊背面氧化等问题。造成这些缺陷的原因与奥氏体不锈钢金属成份变化有关(主要是失铬)。分析奥氏体不锈钢焊接后金属成份的变化,确定奥氏体不锈钢焊接工艺和应采取的工艺措施。
关键词:焊接过烧;加热;裂纹;失铬
中图分类号:TH49 文献标识码:A 文章编号:1671-864X(2014)08-0195-01
一、奥氏体不锈钢压力容器设备现状及存在的问题
随着国民经济的不断发展,不锈钢压力容器的数量逐年递增,体积逐渐增大。但由于在制造过程中,缺乏相应的不锈钢制造工艺和应采取的必要措施,其产品经常存在较严重的制造缺陷。如:焊接过烧;焊接工艺不当产生焊接缺陷;返修后严重变形等。这些均和焊接接头含铬量有关。分析铬金属元素损失过程,有益于提高产品制造质量、降低制造成本。
通过采用X-MET5000型金属分析仪对多台不锈钢产品的母材、管材、热影响区、熔敷金属及返修部位等进行了检测。检测结果发现,产品主体材料符合标准要求。部分小直径管材不符合标准要求。其A、B类焊接接头在焊接过程中,一般采取了冷却措施,含铬量基本上符合要求;D类焊接接头很少采取冷却措施,其含铬量不符合标准要求。E类焊接接头的含铬量低于母材。
二、焊材、熔敷金属成份
采用合格的焊材,经化验分析,并使用X-MET5000型金属分析仪对焊接材料进行了检测。通过检测可知,焊条、埋弧焊丝和氩弧焊丝均符合标准要求。
三、焊接试件、焊材熔化金属和熔敷金属成份
制备焊接试件:制作400×250×10mm×6块试件。分别采用焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊进行焊接。分别检测焊接材料熔化后金属成份和熔敷金属成份。其中一块试件的二分之一加热700℃左右,冷却后检测其金属成份。
通过检测,埋弧焊焊丝熔化后含铬量从原来的20.30%降至18.28%,含铬量损失了2.02%;埋弧焊焊接后熔敷金属的含铬量从焊丝的的20.30%降至17.74%,含铬量损失了2.56%;焊条熔化后含铬量从原来的19.61%降至18.29%,含铬量损失了1.32%;焊条焊接后熔敷金属的含铬量从原来的19.61%降至18.99%,含铬量损失了0.62%;氩弧焊焊丝熔化后含铬量从原来的19.67%降至18.17%,含铬量损失了1.50%;氩弧焊焊接后熔敷金属的含铬量从焊丝的19.67%降至17.81%,含铬量损失了1.86%;试件含铬量18.41%,板材加热到700度左右冷却后含铬量降至16.90%,含铬量损失了1.51%。
在氩弧焊焊接过程中,采用背面喷水冷却措施和未采取冷却两种焊接方法进行焊接。然后检测冷却措施前后的金属成份,检测结果见下表1。
从检测结果可以看出,采用背面冷却措施进行焊接,铬含量比未采取冷却措施有明显提高。
四、不锈钢压力容器制造过程中应采取的措施
(一)过烧。
过烧主要有以下两个原因所造成:①焊接电流大,输入线能量高;②焊接过程中,没有采取冷却措施,造成失铬。
控制措施:采取合适的冷却方式,在保证焊接质量的前提下,宜采用小电流,快速焊接。
(二)变形。
变形主要存在三种形式:①封头与筒体组焊后变形;②B类焊接接头收缩变形;③返修变形。其主要原因是由于奥氏体不锈钢的韧性较大,在局部焊接后的冷却过程中,形成较大内应力,导致焊缝及周围区域收缩变形。
控制措施:①采购质量有保证的封头。控制封头变形,应采取合理下料工艺。根据封头的质量、板厚等因素,筒体的外径应比封头的外径略大,然后进行组对焊接。②B类焊接接头变形,应适当减小坡口角度。正面清理根部时,应尽量减少坡口宽度;③返修变形,缺陷定位应尽量准确,用砂轮打磨缺陷,宜采用氩弧焊进行焊接。
五、总结
根据实验得出如下结论:奥氏体不锈钢压力容器制造厂家在选购原材料时,应把好材料的入厂关。在制造过程中,采用埋弧焊生产效率高,但输入线能量大,施焊过程中,含铬量损失也大。采取焊接背面冷却措施,可减少铬的损失。采用焊条电弧焊,生产效率较低,但是可焊接复杂部位,是埋弧焊不能代替的;如果采取合理的焊接工艺也能减少含铬量损失。氩弧焊焊接效率低,不易产生焊接缺陷,经常用于对接接头的打底焊、C类、D类和E类焊接接头的焊接;因输入的线能量小,热量集中,变形量小,含铬量损失也小。如果采取焊接背面冷却及焊后表面冷却措施,可大大减少含铬量损失。
参考文献:
[1]GB24511—2009,《承压设备不锈钢钢板及钢带》[S],北京,中国标准出版社,2009。
[2]GB/T14976—2012,《流体输送用不锈钢无缝钢管》[S],北京,中国标准出版社,2012。
[3]GB/T47010—2010,《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》[S],北京,中国标准出版社,2010
[4]NB/T 47015—2011,《压力容器焊接规程》[S], 北京,新华出版社,2011。
[5]GB/T 983—1995,《不锈钢焊条》[S],北京,中国标准出版社,1995。
[6]GB/T17854-1999,《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》[S],北京,中国标准出版社, 1999。
[7]YB/T5092-2005,《焊接用不锈钢焊丝》[S],北京,中国标准出版社,2005。
[8]凌爱林主编,工程材料及成型技术基础[M],北京,机械工业出版社,2005。
作者简介:辛永泉,男,1955年出生,河北安新王家寨(乡)村,驻厂室主任,大学本科,高级工程师,主要研究检验与检测。
关键词:焊接过烧;加热;裂纹;失铬
中图分类号:TH49 文献标识码:A 文章编号:1671-864X(2014)08-0195-01
一、奥氏体不锈钢压力容器设备现状及存在的问题
随着国民经济的不断发展,不锈钢压力容器的数量逐年递增,体积逐渐增大。但由于在制造过程中,缺乏相应的不锈钢制造工艺和应采取的必要措施,其产品经常存在较严重的制造缺陷。如:焊接过烧;焊接工艺不当产生焊接缺陷;返修后严重变形等。这些均和焊接接头含铬量有关。分析铬金属元素损失过程,有益于提高产品制造质量、降低制造成本。
通过采用X-MET5000型金属分析仪对多台不锈钢产品的母材、管材、热影响区、熔敷金属及返修部位等进行了检测。检测结果发现,产品主体材料符合标准要求。部分小直径管材不符合标准要求。其A、B类焊接接头在焊接过程中,一般采取了冷却措施,含铬量基本上符合要求;D类焊接接头很少采取冷却措施,其含铬量不符合标准要求。E类焊接接头的含铬量低于母材。
二、焊材、熔敷金属成份
采用合格的焊材,经化验分析,并使用X-MET5000型金属分析仪对焊接材料进行了检测。通过检测可知,焊条、埋弧焊丝和氩弧焊丝均符合标准要求。
三、焊接试件、焊材熔化金属和熔敷金属成份
制备焊接试件:制作400×250×10mm×6块试件。分别采用焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊进行焊接。分别检测焊接材料熔化后金属成份和熔敷金属成份。其中一块试件的二分之一加热700℃左右,冷却后检测其金属成份。
通过检测,埋弧焊焊丝熔化后含铬量从原来的20.30%降至18.28%,含铬量损失了2.02%;埋弧焊焊接后熔敷金属的含铬量从焊丝的的20.30%降至17.74%,含铬量损失了2.56%;焊条熔化后含铬量从原来的19.61%降至18.29%,含铬量损失了1.32%;焊条焊接后熔敷金属的含铬量从原来的19.61%降至18.99%,含铬量损失了0.62%;氩弧焊焊丝熔化后含铬量从原来的19.67%降至18.17%,含铬量损失了1.50%;氩弧焊焊接后熔敷金属的含铬量从焊丝的19.67%降至17.81%,含铬量损失了1.86%;试件含铬量18.41%,板材加热到700度左右冷却后含铬量降至16.90%,含铬量损失了1.51%。
在氩弧焊焊接过程中,采用背面喷水冷却措施和未采取冷却两种焊接方法进行焊接。然后检测冷却措施前后的金属成份,检测结果见下表1。
从检测结果可以看出,采用背面冷却措施进行焊接,铬含量比未采取冷却措施有明显提高。
四、不锈钢压力容器制造过程中应采取的措施
(一)过烧。
过烧主要有以下两个原因所造成:①焊接电流大,输入线能量高;②焊接过程中,没有采取冷却措施,造成失铬。
控制措施:采取合适的冷却方式,在保证焊接质量的前提下,宜采用小电流,快速焊接。
(二)变形。
变形主要存在三种形式:①封头与筒体组焊后变形;②B类焊接接头收缩变形;③返修变形。其主要原因是由于奥氏体不锈钢的韧性较大,在局部焊接后的冷却过程中,形成较大内应力,导致焊缝及周围区域收缩变形。
控制措施:①采购质量有保证的封头。控制封头变形,应采取合理下料工艺。根据封头的质量、板厚等因素,筒体的外径应比封头的外径略大,然后进行组对焊接。②B类焊接接头变形,应适当减小坡口角度。正面清理根部时,应尽量减少坡口宽度;③返修变形,缺陷定位应尽量准确,用砂轮打磨缺陷,宜采用氩弧焊进行焊接。
五、总结
根据实验得出如下结论:奥氏体不锈钢压力容器制造厂家在选购原材料时,应把好材料的入厂关。在制造过程中,采用埋弧焊生产效率高,但输入线能量大,施焊过程中,含铬量损失也大。采取焊接背面冷却措施,可减少铬的损失。采用焊条电弧焊,生产效率较低,但是可焊接复杂部位,是埋弧焊不能代替的;如果采取合理的焊接工艺也能减少含铬量损失。氩弧焊焊接效率低,不易产生焊接缺陷,经常用于对接接头的打底焊、C类、D类和E类焊接接头的焊接;因输入的线能量小,热量集中,变形量小,含铬量损失也小。如果采取焊接背面冷却及焊后表面冷却措施,可大大减少含铬量损失。
参考文献:
[1]GB24511—2009,《承压设备不锈钢钢板及钢带》[S],北京,中国标准出版社,2009。
[2]GB/T14976—2012,《流体输送用不锈钢无缝钢管》[S],北京,中国标准出版社,2012。
[3]GB/T47010—2010,《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》[S],北京,中国标准出版社,2010
[4]NB/T 47015—2011,《压力容器焊接规程》[S], 北京,新华出版社,2011。
[5]GB/T 983—1995,《不锈钢焊条》[S],北京,中国标准出版社,1995。
[6]GB/T17854-1999,《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》[S],北京,中国标准出版社, 1999。
[7]YB/T5092-2005,《焊接用不锈钢焊丝》[S],北京,中国标准出版社,2005。
[8]凌爱林主编,工程材料及成型技术基础[M],北京,机械工业出版社,2005。
作者简介:辛永泉,男,1955年出生,河北安新王家寨(乡)村,驻厂室主任,大学本科,高级工程师,主要研究检验与检测。