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                不銹鋼焊接

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                不銹鋼管A-TIG焊接頭成分對性能的影響

                來源:至德鋼業 日期:2021-05-02 16:16:03 人氣:259

                 浙江至德鋼業有限公司通過不銹鋼管A-TIG與TIG焊接頭性能對比試驗,分析了活性劑導致的接頭成分變化對其性能的影響,結果表明:相比于TIG焊,A-TIG焊電弧收縮,集中的熱源使得熱輸入降低,奧氏體組織細小;活性劑的加入,使得接頭碳、磷和硫含量增加,造成接頭脆硬增大,抗拉強度提高10.3%,沖擊韌性損失30.5%;電弧不穩定導致表面成形較差,配合耐腐蝕鉻、鉬元素的燒損,使得接頭耐腐蝕性降低。


                 目前,電力系統所用的大型水冷不銹鋼管道材質多為中厚不銹鋼,常規焊接方法是開剖口+TIG(打底)+填絲TIG(填焊)+填絲TIG(蓋面),該焊接方法存在加工成本高、焊接效率低以及熱輸入大等缺點。研究表明,焊縫表面預涂活性劑,可以改善電弧形態及熔池金屬表面張力,熔深可增加2倍以上。這種A-TIG焊技術可在不開坡口條件下,實現單面焊雙面成形,具有焊接效率高、熱輸入小以及熱影響區窄等有點。但活性劑的加入,必然會導致焊接過程穩定性及焊縫化學成分發生變化,進而影響接頭的力學性能及管道耐腐蝕性能,因此開展不銹鋼管A-TIG焊焊接頭性能研究具有重要理論意義和實用價值。


                一、開展實驗


                 TIG焊接方法具體參數如表所示。按照該法,分別焊接試樣1和試樣2,焊接參數如表所示。在此基礎上,觀察焊接過程及焊縫表面成形狀況。參照相關標準,分別在A-TIG焊及TIG焊接頭取拉伸、沖擊和金相試樣,分別測試兩種接頭的化學成分、抗拉強度、抗沖擊性能、硬度分布以及耐腐蝕性能,并觀察接頭各區域組織形態。


                二、結果分析


                  1. 接頭成分分析


                  不銹鋼母材、常規TIG焊縫及A-TIG焊縫元素含量分布情況如表所示。可以看出,活性劑中的有機溶劑會有少量吸附于焊縫表面,使得A-TIG焊縫中碳、硫及磷含量高于常規TIG;過于集中熱源使得接頭中錳、鉻、鉬和鎳元素均略有燒損,含量略低與TIG,可見成分變化對接頭的焊接性能、力學性能以及耐腐蝕性能有重要的影響。


                  2. 宏觀焊接性能分析


                  A-TIG焊縫宏觀形貌如圖所示。可以看出,相比于TIG多層焊,A-TIG的活性劑主要可使電弧間發生收縮,而集中熱源更是使焊接效率比TIG焊提高2倍。然而,表面吸附的有機溶劑在高溫下分解成氧化氫(氣態)和二氧化碳,對電弧穩定性產生影響,使得焊接過程極不穩定,電弧呈間歇性狀態,焊縫表面魚鱗紋均勻性較差,且氧化發黑嚴重,粗糙度及光潔度較差。


                  3. 接頭硬度分布


                  兩種接頭不同深度層硬度分布情況如圖所示,其中A-TIG焊接接頭硬度整體略低于TIG多層焊,但焊縫中心處出現硬度極大值。原因是TIG多層熱輸入較大,奧氏體晶粒粗大,硬度較高。結合金相圖可以看出,碳、磷和硫含量較高的A-TIG接頭中,晶界處易析出較多的脆性滲碳體,且接頭處富集的磷、硫雜質形成脆性相,會進一步增加其脆硬傾向,而較低含量的錳對雜質去除效果影響較低。


                  4. 接頭拉伸性能分析


                  焊接接頭的力學性能參數以及焊接接頭拉伸斷口形式如表所示。通過表可以看出,常規TIG及A-TIG焊的接頭拉伸斷口均在焊縫中心,而A-TIG焊接頭的平均抗拉強度比TIG焊強度高10.3%,斷口有一定縮頸量,斷口平齊而光亮,沒有常規TIG斷口中的韌窩出現。A-TIG焊縫中析出的滲碳體和P、S雜質富集在奧氏體晶界處,成為裂紋的發源地,接頭脆硬傾向顯著增加,強度增加,塑性降低。


                  5. 接頭沖擊性能分析


                  焊接接頭沖擊斷口如圖所示。由圖可知,較常規TIG焊接接頭沖擊性能比A-TIG焊接頭的沖擊性能損失多出了30.5%,沖擊斷口較為平齊,沒有顯著韌窩出現,焊縫中較高的碳含量使接頭硬化顯著,且較多的磷、硫雜質使接頭韌性損失加劇。


                  6. 接頭拉伸性能分析


                  多層TIG及A-TIG焊接管道內壁經48小時中性鹽霧試驗形貌結果如圖所示,顯示出A-TIG焊縫的耐腐蝕較差。一方面焊接過程不穩定導致焊縫背面成形存在較多缺陷,這些缺陷處成為管道內部腐蝕的通道;另一方面焊縫中鉬元素因燒損含量降低,材質本身耐腐蝕性變差。


                  7. 接頭顯微組織分析


                  接頭的顯微組織形貌如圖所示。可以看出,常規TIG焊及A-TIG焊焊縫組織都是在奧氏體基體上有鐵素體在晶界和晶內析出,形成奧氏體和鐵素體雙相組織,呈樹枝狀分布。常規多層TIG焊,焊接熱輸入量大,高溫停留時間長,焊縫中奧氏體組織較為粗大;而A-TIG焊的電弧收縮能量集中,熱輸入量較小,焊縫區寬度比TIG更窄,奧氏體組織更細小均勻。另外,A-TIG焊接頭的奧氏體晶界處析出較多的碳化物相,阻礙晶界滑移,導致接頭脆硬傾向增大。


                三、結論


                  相比于傳統TIG焊接,A-TIG電弧收縮焊接效率較高、熱輸入低且奧氏體組織細小均勻,但殘留有機物使得焊接過程不穩定,表面成形較差。A-TIG焊縫中較高的碳、磷與硫元素使得晶界處析出較多的碳化物及硫化物相,使接頭脆硬傾向增加,抗拉強度降低10.3%,沖擊性能損失30.5%。而接頭中較低的鉻、鉬和鎳元素,結合較差的表面成形,使得不銹鋼管道焊縫耐腐性能降低。為保證焊接過程穩定可靠及接頭質量,A-TIG焊的活性劑成分及工藝方法有待進一步研究。


                本文標簽:不銹鋼管 

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