2010/10/15 9:15:59
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内容摘要:马氏体不锈钢与珠光体钢的焊接
(1)马氏体不锈钢与珠光体钢的焊接性马氏体不锈钢与珠光体钢的焊接,主要取决于马氏体不锈钢的特性。马氏体不锈钢在常温下的组织多为硬脆的马氏体,所以焊接性很差,它也是这两类钢焊接接头易产生冷裂纹和脆化现象的主要原因。随着钢中含碳量的增高以及结构厚度和拘束度的增大,冷裂纹倾向增大。在焊接热循环的作用下,马氏体不锈钢有较大的过热倾向,晶粒粗化,热影响区会出现粗大的铁素体和碳化物组织,塑性降低,引起脆化,如果再有氢的作用,冷裂纹倾向就更加明显。
这两类钢焊接时同样存在焊缝金属稀释和发生碳迁移的问题:导致珠光体钢一侧焊缝形成脱碳层,而马氏体钢一侧焊缝引起增碳层;随着回火参数的增加(加热温度提高或保温时间延长或兼而有之),使原来珠光体钢焊缝一侧的碳含量降低而铁素体化,并使焊缝金属组织成为奥氏体+铁素体。铁素体的晶粒粗大而软化,降低塑性及强度,极容易遭到破坏。
马氏体不锈钢(2Crl3)与珠光体钢(25钢)的焊缝金属及热影响区的组织与预热温度之间关系见表8-20。
(2)焊接工艺
1)焊接材料的选用。马氏体不锈钢与珠光体钢焊接的焊缝金属化学成分主要取决于填充金属。为了保证结构使用性能的要求,焊缝金属成分力求接近于其中一种钢的成分,例如马氏体不锈钢(1Crl3)和珠光体钢(Q235)。采用焊条电弧焊时,选用J502(E5003型)焊条,焊缝金属w
Cr为5%~6%,经回火处理后具有良好的力学性能;选用G307(E430型)焊条,焊缝金属中w
Cr增至6%~11%,而焊缝金属的塑性及韧性比结构钢焊条低,其抗裂性也较差;若选用与这两类钢完全不同成分的奥氏体不锈钢焊条,焊缝金属可得到奥氏体组织,其抗裂性能较好。但是回火热处理过程中,容易产生碳的迁移,且奥氏体不锈钢的线胀系数比马氏体型不锈钢约大50%,使焊缝组织产生较大的内应力,易产生冷裂纹。所以应避免使用奥氏体不锈钢焊接材料来焊接上述两类钢,特别是受压元件的焊接接头更不能用它作为焊接材料。
马氏体耐热不锈钢F12(X20CrMoVl21)与珠光体耐热钢15CrlMo1V(表8-21)异种钢焊接时,选用R337、(E5515-B2-VNb型号)、R407(E6015-B型)和R817(E11MoVNiW型)几种焊条(其熔敷金属的化学成分见表8-22)进行了研究。在进行回火处理(740℃,保温2h)加550℃不同保温时间的时效处理。发现R337焊条焊成的上述异种钢焊接接头,经过回火处理加550℃保温时间分别为72h、144h、215h、288h及430h的时效处理,均未发现脱碳层和增碳层。这是由于R337焊条中含有强碳化物形成元素铌,阻止了碳的扩散迁移,其力学性能也较好(冲击韧度值α
K>100J/cm
2。,硬度性>250HBW)。
为了保证其焊缝金属的高温强度与马氏体不锈耐热钢相当,要求焊缝金属中心厚度必须达到马氏体不锈耐热钢管壁厚度的1.2倍。
其他两种焊条的焊缝在15CrlMo1V钢一侧均出现程度不同的脱碳层。
2)坡口形式。马氏体不锈钢常作为耐热钢使用,珠光体耐热钢大多也是制造电站锅炉主蒸汽管、过热器、再热器集箱和再热蒸汽管道的耐热材料。这些场合对管子对接焊时的坡口形式要求严格,既要保证焊接质量,避免焊缝根部出现缺陷,便于操作,又要满足无损检测的要求。
重要管道常见的坡口形式有V形、U形和双V形三种基本类型,见图8-16。
3)预热温度与层间温度。焊前预热和层间温度的控制对减少裂纹有一定的作用;预热温度按马氏体不锈钢选择,为300~400℃,层间温度也要控制在这个温度范围。预热温度过高,导致焊缝的冷却速度变慢,有可能引起焊接接头晶粒边界碳化物的析出和形成铁素体组织。这种碳化物+铁素体的组织,会大大降低焊接接头的冲击韧度。预热温度过低,则起不到对材质的预热作用,无防止裂纹的作用。
4)焊后温度的控制及回火处理。以马氏体不锈钢焊接接头来考虑其焊后温度的控制及回火热处理的温度。所以焊后必须缓慢冷却至100~150℃,保温0.5~1.0h,使焊接接头的组织全部转变成马氏体,随后才能升温回火,进行热处理。
回火温度一般在720~780℃范围内,保温时间随壁厚的不同而变化,一般都要控制在2~5h范围内。如果回火温度偏低,则回火效果不显著,不能使焊接接头的组织发生转变,也不能消除马氏体转变的组织应力;但回火温度过高,超过马氏体不锈钢相变温度,在冷却过程中又会重新淬硬,使焊接接头冲击韧度值大大降低。
其焊接方法与马氏体不锈钢焊接基本相同。
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