铁素体不锈钢焊接性评定实验报告

铁素体不锈钢焊接性评定试验报告

一、铁素体不锈钢的焊接特点：

1、要求低温预热

高铬铁素体不锈钢在室温时韧性较低,焊接时焊接接头易形成高温脆化,在一定条件下可能产生裂纹。通过预热，使焊接接头处于富有韧性的状态下施焊，能有效地防止裂纹的产生；但是焊接时的热循环又会使焊接接头近缝区的晶粒急剧长大粗化，而引起脆化。为此，预热温度的选择要慎重，一般控制在100-200℃，随着母材金属中含铬量的提高，预热温度可相应提高。但预热温度过高，也会使焊接接头过热而脆化。

2、475℃脆性的防止

475℃脆性是高铬铁素体不锈钢焊接时的主要问题之一。杂质对475℃脆性有促进作用，因此，需提高母材金属和熔敷金属的纯度，缩短铁素体不锈钢焊接接头在这个温度区间的停留时间，以防止475℃脆性的产生。

一旦出现475℃脆性，可以在600℃以上温度短时间加热，再以较快的速度冷却，给予消除。

3、焊接材料的选择

对于可以焊前预热或焊后进行热处理的焊接构件，可选用与母材金属相同化学成分的焊接材料；对于不允许预热或焊后不能进行热处理的焊接构件，应选用奥氏体不锈钢焊接材料，以保证焊缝具有良好的塑性和韧性。

铁素体不锈钢的焊接方法通常采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊和埋弧焊等。当采用同质的焊接材料时，焊缝金属呈粗大的铁素体组织，韧性很差。通过焊后热处理，焊接接头的塑性可以得到改善，韧性略有提高。用同质焊材焊成的焊缝其优点是：焊缝与母材有一样的颜色和形貌，相同的线膨胀系数和大体相似的耐蚀性，但抗裂性不高。用异质奥氏体焊材所焊成的焊缝具有很好的塑性，应用较多，但要控制好母材金属对奥氏体焊缝的稀释。用异质焊条施焊，通过“5、操作要点”可减少高温脆化和475℃脆化，防止裂纹的形成。

鉴于多方面的适应性，本次评定试验拟采用奥氏体不锈钢焊接材料，且考虑到铁素体不锈钢母材（高Cr无Ni）对焊接接头的稀释作用，决定选择较高Ni含量的ER308L焊丝。4、焊后热处理

对于同质材料焊成的铁素体不锈钢焊接接头，热处理的目的是使焊接接头组织均匀化，从而提高其塑性及耐蚀性。焊后热处理温度为750-800℃，空冷。用奥氏体焊材所焊成的焊缝可免去焊前预热、焊后热处理。

5、操作要点

焊接过程中，尽量减少焊接接头在高温的停留时间，有助于焊接接头的热影响区铁素体组织的晶粒不致很快长大，从而提高焊接接头塑性。可采取焊后强制的冷却方式来减少高温脆化和475℃脆化，防止裂纹的形成。具体措施如下。

1）无论采用何种焊接方法，都应采用小的热输入的焊接参数，选用小直径的焊接材料。 2）采用窄焊缝技术和快的焊接速度进行多层多道焊。焊接时，焊接材料不允许进行摆动施焊。

3）多层焊时，要严格控制层间温度在150℃左右，不易连续施焊。

4）采用强制冷却焊缝的方法，以减少焊接接头的高温脆化和475℃脆性，同时还可以减少焊接接头的热影响区过热。其方法是通氩冷却或通水冷却、铜垫板等。

二、焊前准备

基于以上的种种考虑，所采取的焊接设备、焊接评定用材料、试板坡口形式等如下：

1、焊接设备

设备选用日本产（OTC）P—300交直流氩弧焊机，焊接电源为直流陡降外特性，由两只流量计来控制正面和背面的保护气体。

2、焊接评定用材料

对厚度为4毫米的B410-5板进行焊接工艺试验。其化学成份和机械性能列于表1；填充金属用ER309L的焊丝，其化学成份见表2；焊接用保护气体分析见表3：

表1 B410-5化学成份（％）和机械性能

表2 ER308L的化学成份（％）和机械性能

3、试板坡口形式

由于焊接层数的增多，在焊接过程中会产生较大的变形和焊后收缩。因此，坡口尺寸的制定原则为尽量减少焊接层数和焊缝金属填充量。具体坡口形式见图3：

坡口两侧各20mm范围内应打磨呈现金属光泽，以上范围内及坡口表面上的水、锈和油污等有害物质应清理干净；焊丝表面应清除油锈。

四、焊接工艺评定试板试验

对焊接工艺规范参数进行认真选择，是保证B410-5板焊接质量的前提。影响因素主要有保护条件和焊接规范。

1、焊接保护效果

1.1 喷嘴流量选择

由于喷嘴的气流直接对焊接熔池进行保护。因此它的保护效果是影响焊缝质量的重要因素。在焊枪结构固定以后，涉及保护效果的主要有喷嘴距工件距离和喷嘴流量。由于喷嘴距工件的距离增大会使空气侵入熔池的可能性增加，因此在不影响焊接可见度和方便填充焊丝的情况下，这个距离应尽量小，图4为焊丝与焊接熔池的相对位置。

1.2 喷嘴及背面保护气流的匹配

当正面焊第一道时，背面氩气如果很大，会对正面的保护有影响。因此喷嘴、背面保护气流要有很好地匹配，背面的气流不能太大。

2、焊接规范参数选择

手工钨极氩弧焊焊接铁素体不锈钢板，焊接规范参数主要考虑焊接电流和焊接速度。电流太小熔深浅，焊工操作疲劳。电流太大，高温停留时间长，焊缝晶粒粗大，热影响区保护变差；由于焊接时既要顾及板材背面的保护效果，还要填充焊丝，因此焊速不能太快。

3、工艺评定试板的焊接

通过大量的工艺试验，确定了如下焊接工艺规范参数（表4），并进行了工艺评定试板的焊接。工艺评定试板焊接区颜色亮白，证明（氩气）保护效果良好。

图4 焊丝与焊接熔池的相对位置

五、焊接质量检验

按照相关标准，进行了以下项目的焊接接头工艺评定。

1、工艺评定试板焊接接头的无损检测

工艺评定试板焊接接头按JB4730/T-2005《承压设备无损检测》第二篇JB4730.2-2005《承压设备无损检测：射线检测》的要求进行了RT（射线检测）100％检测，检测设备为X 光射线仪XXQ2515（管电压250KV，管电流15mA）。

评片结果为Ⅰ级（对接接头内不允许存在裂纹、未熔合、未焊透和条形缺陷）。

2、焊接接头机械性能

依据JB4708-2000《钢制压力容器工艺评定》要求，分别进行了拉伸及弯曲试验。

2.1 焊接接头拉伸试验

2.1.1 取样和加工要求

试样的焊缝余高应以机械方法去除，使之与母材齐平，采用全厚度试样进行试验。