復(fù)合鋼管中鎳基合金噴焊層對(duì)焊縫裂紋敏感

    通過(guò)模擬實(shí)際焊接試驗(yàn),研究了鎳基合金噴焊層對(duì)焊接裂紋敏感性的影響。結(jié)果表明,鎳基合金噴焊層成分對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫的裂紋敏感性有明顯的影響。噴焊層越厚,即焊縫中所熔的噴焊層成分越多,焊縫金屬熱裂紋敏感性越大。原因是噴焊層中所含Ni ,Cr ,B ,Si 元素熔入焊縫增加了焊縫裂紋敏感性。
1 試驗(yàn)方法與材料
　　1.1 試樣的制備
　　實(shí)驗(yàn)材料為Q235 鋼板,供貨狀態(tài)為熱軋,其成分見(jiàn)表1 。試塊下料采用剪板機(jī)剪切,坡口的加工為銑削加工。試件試驗(yàn)前對(duì)待用面進(jìn)行砂輪打磨除銹處理。
　　1.2 制備噴焊層
　　先將試塊坡口背面離板邊約20 mm 范圍內(nèi)的銹蝕用電動(dòng)砂輪打磨干凈。再采用氧- 乙炔火焰噴焊的方法制備一層鎳基合金層。噴焊層原始粉末成分見(jiàn)表2。噴焊層的范圍如圖2中的陰影部分所示,噴焊在室外操作,噴焊工具為噴槍,工藝參數(shù)如下:氧氣壓力為0.5MPa ,乙炔壓力為0.05 MPa ,噴焊距離為100mm±20mm。所得的噴焊層厚度為3 個(gè)級(jí)別:0. 3～0.5 mm ,0.6～0. 8 mm ,1.0 mm 以上。噴焊前,烘干噴焊粉末,烘干溫度100℃,烘干時(shí)間5 h ,采用CGT-10型覆層測(cè)厚儀測(cè)量噴焊層的厚度,并用手持電動(dòng)砂輪磨光機(jī)進(jìn)行校正。
　　1.3 焊接材料
　　焊條選用THL 型奧氏體不銹鋼耐蝕焊條,其熔敷金屬成分含量見(jiàn)表3,焊條直徑為3.2mm ,試驗(yàn)之前,焊條進(jìn)行烘干處理,烘干溫度350℃,烘干時(shí)間5h。
　　1.4 試樣的焊接
　　因?yàn)閲姶晒艿赖暮附咏宇^要承受較大的拘束應(yīng)力,為了接近實(shí)際情況,該實(shí)驗(yàn)采用模擬小鐵研實(shí)驗(yàn)的焊接方式,兩邊焊接拘束焊縫,中間焊接試驗(yàn)焊縫。制備了噴焊層的試樣經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)行焊接。焊前處理主要包括:坡口的打磨清潔,試樣兩端拘束焊縫部位坡口背面的打磨清潔。試樣的焊接采用交流電焊機(jī)手工焊接。
　　先焊接兩端的拘束焊縫,拘束焊縫選用J507焊條。要求拘束焊縫冷卻之后焊縫間隙為3.0mm 以?xún)?nèi),并且通過(guò)反變形處理使兩試塊基本在同一平面內(nèi)。待拘束焊縫冷卻之后焊接中間的試驗(yàn)焊縫。要求中間試驗(yàn)焊縫焊完時(shí)用完一根焊條。焊接完畢后垂直焊縫截面示意圖如圖1 所示,試驗(yàn)焊縫焊接工藝參數(shù)為:焊接電流為100A ,焊接速度為5mm/s。


　待試樣焊接完成后,采用國(guó)標(biāo)中規(guī)定的小鐵研試樣評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　試樣焊接后評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表4 。


　　試驗(yàn)焊縫裂紋有的是焊接過(guò)程中發(fā)生,有的在焊后短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn),裂紋斷面有氧化的彩色,由此可判斷裂紋屬于熱裂紋。從上面的試驗(yàn)結(jié)果可以看出,噴焊層厚度在0.3～0.5mm 時(shí)裂紋率為都0,厚度在0.6～0.8mm時(shí),裂紋率有所增加,當(dāng)厚度在1.0 mm 以上時(shí),裂紋率則明顯高于前兩者。這表明噴焊層對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫的裂紋敏感性有明顯的影響,隨著噴焊層厚度的增加,即焊接過(guò)程中熔入奧氏體不銹鋼焊縫的噴焊層合金元素的增加,即焊縫的熱裂紋敏感性增加。
　　從噴焊層合金成分含量列表中可看出,鎳基合金噴焊層中含有大量的Ni,Cr,B,Si等元素,鎳在低碳鋼中易與硫形成低熔共晶(Ni 與NiS 熔點(diǎn)僅645℃) 。硅是鐵素體形成元素,應(yīng)有利于消除結(jié)晶裂紋,但是硅含量超過(guò)0. 4 %時(shí),容易形成硅酸鹽夾雜,從而增加裂紋傾向。硼在鐵和鎳中的溶解度很小,但是只要有0.003%～0. 005 %的微量硼就能產(chǎn)生明顯的晶界偏析。除了能形成硼化物和硼碳化物之外,還與鐵、鎳形成低熔共晶(Fe- B熔點(diǎn)為1149℃、Ni-B 為1140℃或990℃) ,所以噴焊層中微量硼的存在也對(duì)焊縫的裂紋敏感性產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。一般鋼中鉻的含量不高時(shí),沒(méi)有不良影響,但是奧氏體不銹鋼焊縫中含有大量的鉻元素,這會(huì)導(dǎo)致由于不平衡的加熱及冷卻,使晶界產(chǎn)生偏析產(chǎn)物,如Ni - Cr共晶(熔點(diǎn)1340℃) ,從而增加熱裂紋傾向。
　　從以上分析可知,噴焊層的主要合金成分都能不同程度的增加奧氏體不銹鋼焊縫的熱裂紋傾向。從而導(dǎo)致了焊接裂紋敏感性的上升。為了降低焊接管口內(nèi)側(cè)帶噴焊層的管道時(shí)打底焊縫的熱裂紋敏感性,可以采用預(yù)熱、后熱等措施,并要求嚴(yán)格遵守焊接工藝。
3 　結(jié)　　論
　　在采用奧氏體不銹鋼焊條作為打底焊縫焊接管端內(nèi)側(cè)帶鎳基合金噴焊層的管道時(shí),由于鎳基合金噴焊層重熔,其合金元素熔入焊縫金屬中會(huì)導(dǎo)致焊縫熱裂紋敏感性明顯增大。主要原因是噴焊層中所含的Ni ,Cr ,B ,Si 等元素在此種焊接條件下都會(huì)增加焊縫的熱裂紋敏感性。