316L壳体的焊接.pdf

第 3期 2 0 1 1年 5月 锅炉制造 B0I LER MANUFACTURI NG No 3 Ma y 2 01 1 文童编号 C N 2 3 1 2 4 9 2 0 1 1 0 3 0 0 4 9 0 3 气 化炉用 0 0 C r l 7 N i l 4 Mo 2接管与 S A一 3 8 7 G r l 1 C L 2 3 1 6 L壳体 的焊接 李 飞 李宜男 哈 尔滨锅 炉厂有限责任公 司 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 通过分析气化炉用 0 0 C r l 7 N i l 4 M o 2不锈钢接管与 S A 一 3 8 7 G r l 1 C L 2 3 1 6 L壳体的焊接特点 选取最合适 的焊接工艺和焊接材料 对焊接接头进行了拉伸 弯曲 冲击试验 对接头的显微组织进行了观察与分析 结 果表明 采用镍基填充金属 可以获得性能可靠的焊接接头 关键词 气化炉 焊接工艺 镍基填充金属 中图分类号 T G 4 文献标 识码 A W e l di n g o f Tu b e 0 0Cr l 7 Ni l 4M o 2 a n d S h e l l M e t a l S A 3 8 7 Gr l 1 CL2 3 1 6 L 0 f Fa l s i fie r L I Fe i L I Y i n a n Ha r b i n b o i l e r c o m p a n y l i m i t e d Ha r b i n 1 5 0 0 4 6 C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e a na l y s i s o f we l d i n g t u b e 0 0Cr l 7Ni l 4Mo 2 a n d s h e l l me t a l S A 3 8 7Gr l 1 CL 2 31 6L o f t h e f a l s i fie r t h e a p p r o p r i a t e we l di n g t e c h n o l o g y a nd we l d i n g c o n s u ma b l e ha v e be e n s e l e c t e d T e n s i l e i mp a c t a n d b e n d t e s t s h a v e b e e n c a r r i e d o u t a n d t h e mi c r o s t r u c t u r e o f t h e w e l d e d i o i n t h a s b e e n o b s e r v e d a n d a n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t a r e l i a b l e w e l d e d i o i n t c o u l d b e a c q u i r e d i f t h e n i c k e 1一b a s e d fi l l e r me t a l u s e d Ke y wor ds Fa l s i fie r we l d i n g t e c h n o l o gy Ni c k e l b a s e d fil l e r me t a l 0 引 言 气化炉是煤化工项 目中的重要设备之一 结 构复杂 材料特殊 技术要求高 某合成氨项 目中 采用的德士古气化炉 设计压力 7 1 5 MP a 工作 压力 6 5 MP a 设计温度 激冷室 2 8 0 工作温 度 激冷室 2 5 3 长期在高温 高压 腐蚀介质 下工作 激冷 室 材质 为 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2 3 1 6 L 堆焊层 激冷室氮气 吹扫 口接管和热 电偶 口接管 材质为 0 0 C r l 7 N i l 4 Mo 2 要求不锈钢接管焊后随 气化炉整体进行退火热处理 焊接接头强度值不 得低于母材最低抗拉强度值 按 J B 4 7 0 8进行弯 曲试验 在试样受拉面上沿任何方 向不得有长度 超过 3 m m的裂纹 在焊缝及热影 响区上进行 夏 比 V型冲击试验 试验温度 一 5 冲击功不低于 5 4 J 不锈钢接管与简体焊接采用插入式全焊透 结构 此焊接结构比较复杂 既有堆焊层金属与不锈 钢管的焊接 又有 S A 一 3 8 7 G r l 1 C L 2基材与不锈钢管 之 间 的 异 种 钢 焊 接 由 于 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2与 收稿 日期 2 0 1 1 0 1 1 2 作者简介 李飞 1 9 8 4 男 2 0 0 6年7月毕业于合 EY 大学材料成型专业 助理工程师 主要从事锅炉 压力容器 焊接技术工作 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 5 O 锅炉制造 总第 2 2 7期 0 0 C r l 7 N i l 4 Mo 2在化学成分 组织状态 物理性能 等方面存在很大差异 而异种钢焊接时 其 中熔合 区过渡层的形成 扩散区的增碳层及脱碳层 焊接 接头的应力状态 焊后热处理等都对焊接质量有 重大影响 因此选择合适 的焊接工艺和焊接材料 成为保证焊接质量的关键 1 焊接工 艺的选择 根据焊接接头的结构特点 可以选择埋弧焊 熔化极气体保护焊 钨极氩弧焊 焊条电弧焊焊接 工艺 但 是在 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2与 0 0 C r l 7 N i l 4 Mo 2 焊接时 由于 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2母 材的合金元 素含 量远低 于 0 0 C r 1 7 N i 1 4 M0 2 焊接 过程 中随着 S A 一 3 8 7 G r l 1 C L 2母材的熔化 势必会对焊缝金属产生 稀释作用 造成焊缝金属 的化学成分和组织状态 与母材金属差异较大 严重时焊缝会 出现马氏体 淬硬组织 为 了尽可能减小 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2母 材对焊缝金属的稀释作用 焊接时要尽可能减少 熔合 比 以上三种焊接方法中钨极氩弧焊和焊条 电弧焊熔合比最小 考虑到生产效率和焊接操作 的 灵活性 应优先选择焊条电弧焊 同时还要尽量 减小焊接热输入 选择小直径焊条 小电流施焊 2 焊接材料的选择 对 于 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2 3 1 6 L与 0 0 C r l 7 N i l 4 Mo 2 的焊接 因耐蚀层 3 1 6 L与 0 0 C r l 7 N i l 4 M o 2化学成 分和 组织 状 态接 近 可 以选 择 E 3 1 6 L焊 条 而 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2与 O O C r l 7 N i l 4 Mo 2的焊接 可 以 用奥氏体钢焊条焊接 也可以选用镍基焊条焊接 如选用奥 氏体钢焊条焊接 焊接过程中 在靠近 S A一 3 8 7 G r l 1 C L 2一侧 的熔合 线 附近 的 焊缝 金属 内 由于熔化母材与奥 氏体钢焊缝金属混合不充 分 形成 了一个成分变化的过渡区 一般来说 离 熔合线越近 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2钢 的稀释作用越强 过渡层 中含 铬和镍 的量也 越少 当镍含 量低 于 5 6 后 会 出现高硬度 的马氏体脆 化层 降低了焊接接头的性能 同时由于焊接接头熔合 区存在 C扩散迁移 在熔合 区 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2侧 形成脱碳层 在奥氏体钢焊缝金属侧形成增碳层 会造成焊接接头高温持久强度的下降 为了减小马 氏体脆性层的厚度 可以提高焊 接材料的含镍量 同时为了防止碳迁移 可 以在 焊缝金属中加入非碳化物形成元素 如提高 N i s i 的含量 通过分析可以看出 镍基焊条在减小马氏 体脆性层厚度和防止碳迁移方面优于奥氏体钢焊 条 同时 由于 s A 3 8 7 G r l 1 C L 2与 0 0 C r l 7 N i l 4 M o 2 热膨胀系数相差很大 在熔合线 附近容易产 生通 过焊后热处理无法消除的焊接残余应力区 这对 焊接接头的可靠性会产生严重影响 如若选择与 S A 3 8 7 G r l 1 E L 2热膨胀系数相近但塑性优 良的镍 基填充金属 会使残余应力转移至塑性变形 能力 更强的镍基焊缝与奥 氏体钢母材界面处 对提高 焊接接头可靠性有重要作用 因此应优先选用镍 基焊条作填充金属 3 焊接 工艺试验 3 1 试 验 用母材 试验 采 用 S A 一 3 8 7 G 1 1 C L 2 3 1 6 L复 合 板 与 0 0 C r l 7 N i l 4 Mo 2钢板对接 母材规格为 6 0 0 1 5 0 4 2 mm 坡 口形式如图 1 所示 图 1 试验坡 口 3 2 试 验用焊 材 焊接材料选用 A S M E S F A 5 1 1 E N i C r F e一3 3 2 m m焊条 3 3 焊 接工 艺 1 焊接 准备 焊前对 坡 口两侧及其 周 围 2 0 l l l m范围内进行清理 去除油 锈 水等污物 打磨 使之露出金属光泽 2 焊前预热 由于 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2钢淬硬性 较大 焊前 需 要对 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2母 材 进行 预 热 预热温度 1 5 0 2 0 0 不锈钢侧 不需 预热 严格控制层间温度在 1 5 0 2 0 0 o C范围内 3 焊接工艺参数 为 了控制熔合 比 焊接 时 应尽量采用小 电流施焊 同时采用不摆动窄焊道 操作技巧 具体焊接参数见表 1 表 1 焊接参数 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 3期 李飞 等 气化炉用 0 0 C r l 7 N i l 4 Mo 2接管与 S A 一 3 8 7 G r l 1 C L 2 3 1 6 L壳体的焊接 5 1 4 焊接操作要点 为 了保证产 品质量 焊接 时应严格控制焊接参数 不得超过给定的范围 层 道间严格控制层间温度 仔细清理焊渣 避免产生 夹渣 收弧时填充 3次 以上弧坑 确保弧坑填满 应使用专用砂轮将接头处打磨平滑 5 焊后热处理 根据产 品要求 焊后应进 行 退火热处理 4 性能实验 试件 经 外 观及 1 0 0 射 线 检测 合 格 后 按 J B 4 7 0 8 2 0 0 0的相应要求进行拉 伸 弯曲 冲击 及金相检验 4 1 力学性 能试 验 焊接接头拉伸试样 共两组 试验结 果见表 2 所 示 各区冲击试验值 表 3所示 均不低于母材 要求的最低值 实验结果合格 由拉伸试验 弯 曲试验及冲击试验结果可 以 看出 焊接接头力学性能满足标准要求 4 2宏微观检验 热处理后 对焊接接头进行宏微观检测 均未 发现缺陷 金相组织见表 4所示 表 2 拉伸及弯 曲实验结果 5 结 论 1 对 于 S A 一 3 8 7 G r l 1 C L 2 3 1 6 L与 0 0 C r l 7 N i l 4 Mo 2 的焊接 采用镍基填充金属 可以获得性能可靠的 焊接接头 2 对于 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2 3 1 6 L与 0 0 C r l 7 N i I 4 M 0 2 的焊接