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06Cr19Ni10和20Cr13鋼的焊接性分析
  • 發(fā)布日期:2022-08-18      瀏覽次數(shù):1383
    • 對于不銹鋼材料的焊接,由于在焊接和使用過程中必須考慮焊縫成分及焊接性問題,工程設計上大多采用相同成分或相近成分的不銹鋼焊接。對于異種基體組織的不銹鋼焊接,例如奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼的焊接,雖同屬不銹鋼范疇,但兩者的基體組織不同,化學成分和物理性能差異很大,一般工程設計上很少采用。然而,在化纖紡織機械中,碳纖維熔體流通的管路,要求材料具有耐腐蝕性和熱強性能,多采用奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼,在管路連接中就涉及到兩者之間的焊接問題。

      本公司為某國外化纖工程企業(yè)生產的化纖設備,為保證管路接頭法蘭在高溫下(300 ℃)具有一定的熱強性能,法蘭采用20Cr13馬氏體不銹鋼,流通管路采用06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼鋼管。雖然這2種材質同屬不銹鋼范疇,但是它們的基體組織卻不相同,20Cr13基體組織為馬氏體,而06Cr19Ni10基體組織為奧氏體。一般來講,組織狀態(tài)相同的同類鋼,其物理性能也基本相同,合金元素越多,熱導率入越小,而線膨脹系數(shù)α和電阻率越大。

      奧氏體不銹鋼的熱導率入與馬氏體不銹鋼的熱導率入之比為2:3,但其線膨脹系數(shù)α卻比馬氏體不銹鋼的大50%,所以這⒉種材料的焊接,必須有可靠的焊接工藝措施來保證和實施。

      06Cr19Ni10和20Cr13鋼的焊接性分析

      06Cr19Ni10鋼的焊接性

      06Cr19Ni10屬于高Cr-Ni鋼,基體組織為奧氏體,屬于18-8型不銹鋼。奧氏體鋼06Cr19Ni10的化學成分見表1。

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      此類鋼材焊接時,在焊縫的近縫區(qū)都有產生裂紋的傾向,主要是熱裂紋,最常見的是焊縫凝固裂紋,HAZ中近縫區(qū)的熱裂紋多半是液化裂紋,其原因主要有以下幾點:

      ( 1)奧氏體不銹鋼熱導率入小而線膨脹系數(shù)α大,在焊接局部加熱和冷卻條件下,接頭在冷卻過程中形成較大的拉應力。焊縫金屬凝固期間存在較大拉應力是產生熱裂紋的必要條件。

      (2)奧氏體不銹鋼易于產生聯(lián)生結晶,形成方向性很強的柱狀晶焊縫組織,利于有害雜質偏析,從而促使形成晶間液膜,顯然易于促使凝固裂紋的產生。

      (3)奧氏體不銹鋼合金成分復雜,不僅s,P,Sn,Sb這類雜質可形成易溶液膜,一些合金元素因溶解度有限(如 Si,Nb),也能形成易溶共晶,如硅化物共晶、鉞化物共晶。這樣,焊縫及近縫區(qū)都有可能產生熱裂紋。

      控制奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋,從根本上就是控制其焊縫組織,如果為y+6雙相組織,便不會產生凝固裂紋。y+8雙相組織的形成同Cr和 Ni的含量有關,選擇焊接材料時,當w(Cr)ng/w(Ni)。<1.5時,不能形成y+6雙相組織,所以在選擇焊接材料時對此方面必須有所考慮。

      奧氏體不銹鋼在焊接時考慮的另一個問題就是敏化區(qū)間問題,在敏化區(qū)間停留過長容易產生晶間腐蝕,所以焊接時盡量避免過熱、避免焊縫交叉,采用盡可能小的熱輸入。

      20Cr13鋼的焊接性

      通常所說的馬氏體不銹鋼大多數(shù)為Cr13,20Cr13。20Cr13鋼的化學成分見表2。

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      除了超低碳馬氏體不銹鋼外,常見的馬氏體不銹鋼均有脆硬傾向,C含量越多脆硬傾向越大,從而導致焊縫冷裂紋問題和脆化問題。而且厚度越大,拘束力越大,越容易引起冷裂紋。這類馬氏體不銹鋼無論焊接前的原始狀態(tài)如何,焊后冷卻速度快,近縫區(qū)必會出現(xiàn)硬化現(xiàn)象,形成粗大的馬氏體硬化區(qū)。所以冷卻速度必須加以控制。

      06Cr19Ni10與20Cr13鋼的焊接2.1 06Cr19Ni10與20Cr13鋼的焊接分析

      這2種材料焊接時,首先就冷卻速度來講,06Cr19Ni10鋼焊接時要防止過熱,而20Cr13鋼卻要

      避免冷卻速度過快,以免產生冷裂紋。其次,在焊接工藝參數(shù)上,06Cr19Ni10鋼在相同可焊厚度下,所需要的焊接熱輸入要比 20Cr13鋼的小20%左右。所以在制定焊接工藝時,必須考慮在20Cr13一側進行預熱和焊后保溫,同時必須考慮焊縫和熱影響區(qū)的道間溫度。這2種材料的焊接,從各自控制的焊接問題方面來講,是比較矛盾的,所以在制定焊接工藝時必須兼顧二者,只有一個行之有效的焊接工藝來保證,才能焊接出達到使用要求的焊接接頭。

      焊接材料的選擇

      由于06Cr19Ni10 與20Cr13鋼的C含量差異很大,焊接時,C和Cr形成Cr2aC,尤其在20Cr13—側熔合區(qū)附近形成貧Cr層,所以在合理控制溫度的同時,在焊縫中必須過渡足夠的Gr并減少C的含量。

      06Cr19Ni10鋼與20Cr13鋼焊接時,根據YB/T5092--1996標準,兼顧2種母材的焊接性,為保證其焊縫金屬的耐腐蝕性能,根據等成分原則,選擇HOCr24Ni13Mo2不銹鋼焊絲,其化學成分見表3。

      image.png

      HOCr24Ni13Mo2屬于25-13中型低碳不銹鋼焊絲,靠其高Cr含量來補充焊縫金屬中的Cr含量,以保證w(Cr).h(Ni)。,>1.5,促使形成雙相組織;另一方面更重要的是防止20Cr13 -一側產生貧Cr 層;Mo元素可防止“多邊化裂紋”,而且更要防止凝固裂紋。

      采用本文制定的焊接工藝參數(shù)焊接的管路與法蘭組件,經檢驗,其焊接合格率能達到*,并且在用戶使用過程中也未發(fā)生焊接接頭破壞現(xiàn)象。后經過多日生產,證明此焊接工藝是可以保證焊接接頭質量的。但由于此接工藝比較煩瑣,故目前僅適于大批量生產流水作業(yè)。

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