淺談提高異種鋼焊接接頭彎曲檢測合格率

淺談提高異種鋼焊接接頭彎曲檢測合格率

Summary：在當今能源緊缺的情況下，化工行業(yè)向著綠色、高效、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，而國內(nèi)的煤炭資源豐富，以煤炭為主要燃料的化工行業(yè)也得到了迅速發(fā)展，因此建設(shè)高效率、高參數(shù)和低排放的超臨界機組就成為了必然趨勢。馬氏體鋼和奧氏體鋼除了化學(xué)成分存在很大差別外，它們的物理性能，如線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率等也存在巨大的差異，這就導(dǎo)致了焊接接頭熱應(yīng)力上升，熱裂紋敏感性也會增加，從而對接頭的服役性能產(chǎn)生影響，因此服役過程焊接接頭組變化是研究異種接頭安全運行問題的基礎(chǔ)。基于此，本篇文章對提高異種鋼焊接接頭彎曲檢測合格率進行研究，以供參考。Keys：異種鋼；焊接接頭；彎曲檢測；合格率引言在化工生產(chǎn)裝置中，壓力管道所占比例較大，管道連接方式大多采取焊接，由管道焊接泄漏引起的事故在化工生產(chǎn)事故中占到了一定比例。對化工裝置生產(chǎn)中遇到的管道異種鋼焊接接頭彎曲檢測進行了原因分析，并針對異種鋼焊接出現(xiàn)的問題提出解決方案。1相關(guān)概述1.1異種鋼焊接的接頭特點就焊接的本質(zhì)而言，異種鋼焊接接頭與同種鋼焊接接頭之間存在著差異性，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，歸根結(jié)底是兩側(cè)位置的焊接熱影響區(qū)域、熔敷金屬熱影響區(qū)域以及母材不均勻。第一，化學(xué)成分不夠均勻。在焊接鋼材期間，加熱時兩側(cè)位置的母材融化量、母材融化區(qū)和融敷金屬的各類成分受到稀釋作用的影響而出現(xiàn)不同程度的變化，導(dǎo)致化學(xué)成分存在著嚴重的不均勻現(xiàn)象。第二，組織成分不夠均勻。接頭內(nèi)部的所有組織因為受到焊接時的熱循環(huán)影響而出現(xiàn)不均勻的問題。另外，在極個別的區(qū)域范圍內(nèi)，還將會出現(xiàn)具有復(fù)雜性的組織結(jié)構(gòu)。第三，應(yīng)力場分布不夠均勻。異種鋼焊接接頭位置的導(dǎo)熱系數(shù)和膨脹系數(shù)受到成分和組織變化等因素影響，呈現(xiàn)出差異性。塑性區(qū)域也因為熱膨脹系數(shù)的不同而不同。熱應(yīng)力也因受到導(dǎo)熱系數(shù)的影響而出現(xiàn)不同。當熱應(yīng)力和組織應(yīng)力共同產(chǎn)生作用的時候，將會在異種鋼焊接的接頭位置形成應(yīng)力峰值，導(dǎo)致接頭發(fā)生斷裂。1.2異種鋼焊接中的注意事項（1）遵守等強匹配原則。異種鋼進行焊接時，如果金相組織比較接近，焊接材料選擇工作需要保證焊接金屬的力學(xué)性能、耐熱性能、耐腐蝕特性都不低于木材料一側(cè)的指標，滿足等強匹配要求。比如在不同強度珠光體鋼材的相焊工作中，需要確保焊接金屬的抗拉強度在強度較低一側(cè)抗拉強度指標下限值之上，以及低于強度較高一側(cè)金屬抗拉強度的上限值。如果兩種金屬之間有比較大的金相差別，應(yīng)該分析填充金屬被稀釋后，焊接接頭保持足夠的有效性能的前提下，實現(xiàn)等強度匹配，以及保證耐腐蝕、耐高溫、抗裂紋等方面的等強度匹配。在珠光體和馬氏體進行焊接時，需要防止焊接接頭出現(xiàn)脆化的冷裂紋；進行珠光體鋼和奧氏體鋼焊接時，需要避免出現(xiàn)金屬稀釋、碳遷移形成擴散，不同組織產(chǎn)生焊接金屬剝離的情況。（2）根據(jù)性能要求改善焊接方法。通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)、坡口形式、焊條工藝進行改善，在選擇坡口時，除了要結(jié)合厚度因素，也要選擇角度偏大的坡口，有效降低熔合比，減少焊接金屬的化學(xué)成分波動和性能波動，確保熔敷金屬可以滿足性能方面的要求。通過使用多層多道的焊接方式，能有效降低熔深，或者使用小電流快速焊接的方式，做好對層面溫度的控制。（3）做好預(yù)熱工作。為了控制異種鋼淬火后的裂紋傾向，如果異種鋼兩側(cè)中一側(cè)使用淬硬鋼，在焊接之前必須進行預(yù)熱，經(jīng)過焊接后繼續(xù)進行合理的熱處理對焊接質(zhì)量控制也十分重要，可以消除焊接所導(dǎo)致的余應(yīng)力，讓氫從鋼中溢出，有效改善焊接接頭的組織特性和性能。進行鐵素體和馬氏體的異種鋼接頭處理時，要控制最高溫度不能超過鐵素體一側(cè)的上限，并且要保證焊接的強度。2焊接失效原因設(shè)備法蘭側(cè)材質(zhì)為不銹鋼，管線側(cè)管材質(zhì)為碳鋼，異種鋼焊接選用了不銹鋼焊條。焊接與法蘭側(cè)管均為不銹鋼，其熱膨脹系數(shù)相差不大，而管線側(cè)材質(zhì)為碳鋼，焊接為不銹鋼，兩者熱膨脹系數(shù)相差較大，在焊接冷卻過程中受力較法蘭側(cè)熔合區(qū)大;再者，管內(nèi)壁焊接成形較差，存在焊瘤、未熔合、未焊透、焊接余高等缺陷，焊接缺陷部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中，兩者應(yīng)力疊加，易在缺陷部位優(yōu)先發(fā)生開裂。失效點位于原料氣冷卻器入口側(cè)，介質(zhì)來自經(jīng)洗氨塔(C04207)氨洗滌后的原料氣，管內(nèi)壁附著有鐵銹色垢物。垢物的存在說明原料氣在失效法蘭部位發(fā)生了冷凝，有水相析出;原料氣中的酸性氣體在有水相的環(huán)境下，易形成電解質(zhì)環(huán)境;不銹鋼的焊接與碳鋼母材存在電位差，在電解質(zhì)環(huán)境中沿熔合線發(fā)生電位腐蝕，在應(yīng)力的作用下，對焊法蘭沿熔合線發(fā)生開裂，這與裂紋宏觀檢驗結(jié)果一致。3焊接試樣力學(xué)性能檢測試驗用母材及試樣的力學(xué)性能見表1。表1試驗用母材及試樣拉伸性能由表1可見，試樣的抗拉強度分別為650MPa和660MPa，試樣斷裂于焊接處，表明異種鋼連接位置的強度能夠滿足設(shè)計結(jié)構(gòu)對其強度的要求。分析認為，ER309LSi焊絲中的碳元素含量比550W碳鋼中的碳元素含量要低，與301LN-1/4H不銹鋼中碳元素含量近似。較低的碳元素含量對合金的拉伸性能是有利的，同時EＲ309LSi焊絲中的鎳元素也起到了減弱熔合區(qū)碳原子的遷移作用，避免接頭焊接中裂紋的產(chǎn)生。碳鋼中錳元素與鐵發(fā)生固溶強化，提高了異種鋼焊接接頭的抗強度。根據(jù)AWSD1.6/D1.6M:2007中第4章的規(guī)定，當試樣板厚小于等于10mm時，彎曲試驗包括2個根部彎曲(背彎)試驗和2個正面彎曲(正彎)試驗。焊接區(qū)焊接接頭彎曲試驗結(jié)果見表2。表2焊接區(qū)焊接接頭彎曲試驗結(jié)果由表2可見，彎曲試驗中正彎和背彎彎曲180°后，試樣的拉伸面均未出現(xiàn)裂紋、焊接斷裂等不合格問題，說明焊接接頭的塑性性能即變形能力符合標準要求，彎曲性能優(yōu)良，焊接接頭彎曲試驗評定為合格。4解決火電廠焊接管道異種鋼焊接的措施首先要選擇合適的焊接方式完成異種鋼焊接，提高焊接方式的合理性與科學(xué)性，保障焊接質(zhì)量和焊接效率。所以，在選擇焊接方式的時候，首先要與實際工程情況相結(jié)合，適當?shù)貙⑷酆媳冉档停沤^裂痕現(xiàn)象出現(xiàn)。其次要充分考慮焊接技術(shù)的經(jīng)濟性與先進性。在焊接接頭位置時，需綜合考量稀釋率，就較大厚度的異種鋼而言，焊接過程中需采用U型焊接坡口或X型焊接坡口。選擇異種鋼焊接電流、焊接速度以及焊接層數(shù)時，可適當性地降低母材熔化。若是在進行焊接的時候有2種母材，其中有一種母材屬于淬硬鋼，那么在實施焊接前，需展開預(yù)熱處理，以焊接材料為依據(jù)，合理選擇加熱溫度。預(yù)處理要以需要進行焊接的鋼材型號為依據(jù)，合理地選擇加熱溫度。結(jié)束語總而言之，制作管道，異種鋼的應(yīng)用已經(jīng)變得極為普遍，為保證焊接質(zhì)量，需合理地展開管理，靈活地將多種施工技術(shù)應(yīng)用到焊接中，完成施工。在焊接期間，受多種因素影響而出現(xiàn)各類問題，只有不斷優(yōu)化，提出應(yīng)對措施，才可以實現(xiàn)焊接質(zhì)量提升。Reference[1]段少章,楊鵬勇,徐波,楊智華,朱廷剛.焊接材料對鍋爐異種鋼焊接接頭性能的影響[