復(fù)合管管端管內(nèi)堆焊耐蝕合金層的組織與性能

復(fù)合管管端管內(nèi)堆焊耐蝕合金層的組織與性能

復(fù)合管連接和焊接的困難在于，通過(guò)防止低碳鋼污染金屬地板，提高德國(guó)焊接的耐腐蝕性。通過(guò)在焊接前對(duì)管道端部焊接耐腐蝕性的工藝方法，可以顯著降低復(fù)合管連接和焊接的難度，保證焊接的耐腐蝕性。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合管管端堆焊技術(shù)都有研究,但都局限在研究階段,并未將該技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。本文就復(fù)合管管端堆焊的工藝過(guò)程及性能測(cè)試進(jìn)行研究,目的是能更好地將該技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。1工藝過(guò)程1.1材料及襯管規(guī)格復(fù)合管基管規(guī)格為準(zhǔn)219.1mm×14.3mm,材料為X65鋼;襯管規(guī)格為準(zhǔn)186mm×3mm,材料為316L不銹鋼。根焊及堆焊層所用焊絲為準(zhǔn)1.2mm的Inconel625合金,其成分見(jiàn)表1。1.2方法復(fù)合管管端堆焊過(guò)程包含以下三個(gè)步驟:(1)傾斜截面加工2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1堆焊層硬度測(cè)試硬度測(cè)量采用維氏硬度計(jì),加載10kg,加載時(shí)間15s,分別從堆焊層到碳鋼母材沿3條線測(cè)量硬度,每條線測(cè)量8個(gè)點(diǎn)的硬度值,每個(gè)點(diǎn)測(cè)量3次取其平均值,測(cè)量間距為1mm,其中1~2點(diǎn)為堆焊層的硬度值,其余點(diǎn)為母材的硬度值,測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可看出,沿3條線測(cè)量結(jié)果硬度分布均勻,其中堆焊層的硬度值(測(cè)量點(diǎn)1、2)介于200~240HV10之間,在靠近母材的堆焊層硬度值略有所升高,是由于剛開(kāi)始堆焊時(shí)母材的部分碳元素發(fā)生擴(kuò)散致使少量碳元素由母材擴(kuò)散至堆焊層,使得堆焊層產(chǎn)生強(qiáng)化,因此靠近母材的堆焊層硬度值比距離母材較遠(yuǎn)區(qū)域的硬度值稍高。母材的硬度值(測(cè)量點(diǎn)3~8)介于160~200HV10之間,母材處的硬度值分布均勻,沒(méi)有出現(xiàn)升高或降低現(xiàn)象,說(shuō)明堆焊層對(duì)母材的性能沒(méi)有產(chǎn)生較大的影響。從硬度測(cè)量曲線的整體趨勢(shì)來(lái)看,堆焊層的硬度值比母材的硬度值高。2.2測(cè)量的結(jié)果(1)光譜分析(2)能譜分析2.3熱影響區(qū)組織圖3所示為復(fù)合管管端堆焊后金相組織照片。從圖3(a)可以看出,堆焊層與碳鋼母材在界面處形成致密的冶金結(jié)合,在堆焊層與基層結(jié)合的界面處沒(méi)有出現(xiàn)氣孔、裂紋及熔合不良等冶金缺陷,熱影響區(qū)的寬度約為500μm;圖3(b)為碳鋼母材區(qū)金相組織,以鐵素體(準(zhǔn)多邊形鐵素體+多邊形鐵素體)和珠光體為主,還有少量的粒狀貝氏體;圖3(c)為熱影響區(qū)組織,其晶粒與碳鋼母材區(qū)晶粒相比,熱影響區(qū)晶粒略微發(fā)生長(zhǎng)大;圖3(d)為堆焊層金相組織,可看出堆焊層的晶粒形貌為柱狀樹(shù)枝晶,組織為奧氏體組織,晶粒非常細(xì)小。2.4堆焊層的剪切分離強(qiáng)度對(duì)堆焊層的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量,試驗(yàn)及取樣參考ASTMA264-2009標(biāo)準(zhǔn),堆焊層的剪切分離強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求不低于140MPa。表3所示為管端堆焊后堆焊層與基層界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果,可看出堆焊層與基層界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值要求,平均結(jié)合強(qiáng)度值為415MPa。3堆焊層表面化學(xué)成分通過(guò)對(duì)復(fù)合管管端堆焊的工藝試驗(yàn)及性能測(cè)試研究,可以得出如下結(jié)論:(1)成功地將復(fù)合管管端自動(dòng)堆焊技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中,并獲得了合理的工藝參數(shù)范圍。(2)堆焊后堆焊層與基層呈致密的冶金結(jié)合,界面處未出現(xiàn)氣孔、裂紋及熔合不良等冶金缺陷。(3)堆焊后堆焊層的化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,在界面處未產(chǎn)生嚴(yán)重的化學(xué)元素?cái)U(kuò)散,堆焊層及基層內(nèi)主要化學(xué)成分分布均勻,堆焊后未影響到基層的性能,同時(shí)也能保證堆焊層的耐蝕性能。(4)堆焊層的硬度值高于基層,在堆焊層內(nèi)部和基層內(nèi)部硬度值分布較均勻。(5)堆焊層內(nèi)為柱狀樹(shù)枝奧氏體組織,晶粒非常細(xì)小;基層熱影響區(qū)晶粒較基層發(fā)生略微長(zhǎng)大。采用機(jī)械加工方法,在坡口機(jī)上將待堆焊的復(fù)合管端部去除長(zhǎng)為60~70mm的不銹鋼內(nèi)襯管;然后將基管內(nèi)側(cè)由外至內(nèi)加工成一向內(nèi)傾斜的坡口,坡口的傾斜角度為3°~8°。(2)l/min/ms合理根焊及堆焊前基體表面采用丙酮進(jìn)行焊前清理,采用鎢極氬弧焊機(jī)在坡口根部進(jìn)行手工氬弧焊根焊,根焊時(shí)電流為150~170A,焊接速度為55~70mm/min,保護(hù)氣體(Ar)流量為10~20L/min;根焊后復(fù)合管進(jìn)行水平固定,采用自動(dòng)堆焊機(jī)從根焊處開(kāi)始由內(nèi)至外進(jìn)行堆焊并形成多層堆焊層,堆焊時(shí)焊接方向?yàn)槁菪€方向,焊道擺寬為10~15mm,焊接電流為170~200A,焊接電壓為20~25A,平均熱輸入量為3~5kJ,保護(hù)氣體(Ar)流量為10~20L/min,層間溫度控制在50~70℃,旋轉(zhuǎn)速度(工裝頻率)為35~45Hz,共堆焊5~10道、2~3層,道與道之間的搭接量為30%~50%;堆焊結(jié)束后堆焊層內(nèi)壁高度不低于不銹鋼內(nèi)襯管的內(nèi)表面高度且其外端口高度不低于不銹鋼內(nèi)襯管的外端口高度,焊后用不銹鋼刷進(jìn)行打磨拋光。(3)堆焊層化學(xué)元素含量采用機(jī)械加工方法,在坡口機(jī)上對(duì)堆焊層的內(nèi)壁和外端口進(jìn)行處理,使得堆焊層的內(nèi)壁與不銹鋼內(nèi)襯管的內(nèi)壁相平齊并且將堆焊層的外端面處理為平端口。從堆焊層外表面開(kāi)始取樣,試樣規(guī)格為50mm×50mm×2mm,采用光譜分析法對(duì)堆焊層進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)量,測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。與Inconel625合金的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)元素含量對(duì)比,堆焊層的化學(xué)元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),說(shuō)明堆焊后堆焊層的耐蝕性能能夠滿足要求。圖2所示為復(fù)合管管端堆焊后能譜掃描試驗(yàn)結(jié)果。圖2(a)為從堆焊層到碳鋼母材對(duì)Cr、Ni、Mo、Fe四種元素的線掃描結(jié)果?？梢钥闯?堆焊層的主要合金元素Cr、Ni、Mo在從堆焊層到碳鋼母材界面處呈快速下降,說(shuō)明這三種合金元素在界面沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重?cái)U(kuò)散,在靠近界面的堆焊層處這三種合金元素分布比較均勻,因此就能保證堆焊層的耐蝕性能不受堆焊過(guò)程的影響;碳鋼母