超級雙相鋼不銹鋼藥芯焊絲堆焊技術(shù)在壓力容器制造中的應(yīng)用

李義民，張 凱，任世宏，胥文魁，陳宏偉，張建曉

（蘭州蘭石重型裝備股份有限公司，甘肅蘭州730314）

超級雙相鋼不銹鋼藥芯焊絲堆焊技術(shù)在壓力容器制造中的應(yīng)用

李義民，張 凱，任世宏，胥文魁，陳宏偉，張建曉

（蘭州蘭石重型裝備股份有限公司，甘肅蘭州730314）

針對日本超級雙相鋼藥芯焊絲在基材12Cr2Mo1R、厚度40 mm板材上進(jìn)行了堆焊試驗(yàn)，過渡層采用309MoL型藥芯焊絲，表層采用2507型藥性焊絲。選用合適的焊接工藝參數(shù)，控制復(fù)層鐵素體組織比例大于30%，使堆焊層具備超級雙相不銹鋼良好的耐蝕性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，2507型超級藥芯焊絲化學(xué)分析、鐵素體含量、力學(xué)性能、耐蝕性能等符合技術(shù)條件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)實(shí)踐產(chǎn)品檢驗(yàn)，完全可以滿足生產(chǎn)需要。

超級雙相不銹鋼；藥芯焊絲；2507型；耐蝕性能

0 前言

目前雙相不銹鋼的焊接性和耐蝕性得到了長足發(fā)展，性能進(jìn)一步得到改善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已成為熱交換器、化工壓力容器和儲罐、輸油輸氣管線等設(shè)備制造中不可或缺的結(jié)構(gòu)材料。其最大特點(diǎn)是耐蝕性超強(qiáng)，強(qiáng)度性能高。其熱膨脹系數(shù)介于碳鋼和低合金鋼之間，可極大地降低焊接變形與焊接殘余應(yīng)力。

由于不銹鋼藥芯堆焊有保護(hù)氣體，避免了空氣的侵入和雜質(zhì)污染，堆焊質(zhì)量高、熔敷效率高，可實(shí)現(xiàn)全位置焊接，特別適用于合金鋼和特殊合金的堆焊。本試驗(yàn)完全模擬產(chǎn)品筒體（12Cr2Mo1R）內(nèi)壁堆焊形式，第一層為WEL FCW309MoLT，第二層為WEL FCW329J4L。

1 雙相不銹鋼的焊接特點(diǎn)[2-3]

與純奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼焊后具有較低的熱裂傾向；與純鐵素體不銹鋼相比，其焊后具有較低的脆化傾向，且焊接熱影響區(qū)粗化程度也較低，因而具有良好的焊接性。但雙相不銹鋼中有較大比例的鐵素體存在，所以具有鐵素體鋼固有的脆化傾向。選用合適的焊接材料不會發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋。

雙相不銹鋼屈服強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)大、線膨脹系數(shù)小，焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理；同時如果焊接規(guī)范控制不當(dāng)，可能會析出：（1）氮化物Cr2N，CrN，見圖1；（2）二次奧氏體（γ2），見圖2；（3）金屬間脆化相（σ相），見圖3。

圖1 氮化物

圖2 二次奧氏體

圖3 σ相

根據(jù)上述分析，保持相平衡，得到滿意的相比例組織，盡量減少析出相，是雙相不銹鋼焊接的關(guān)鍵，要達(dá)到此目的需做到：嚴(yán)格控制焊接熱輸入量；提高焊接材料中的Ni含量，一般焊材中的Ni量要比母材高2%～4%，再加入與母材含量相當(dāng)?shù)腘（大約為0.1～0.2%）；避免焊后消除應(yīng)力處理。

2 試驗(yàn)材料及方法

2.1 試驗(yàn)用板材及焊接材料

根據(jù)產(chǎn)品堆焊技術(shù)條件的要求，試驗(yàn)用基層為12Cr2Mo1R，厚度40 mm；選用WEL FCAW309MoLT堆焊過渡層，WEL FCAW329J4L堆焊表層，焊絲直徑φ1.2 mm，藥芯焊絲化學(xué)成分見表1。

表1 超級雙相不銹鋼CO2藥芯焊絲化學(xué)成分%

2.2 超級雙相不銹鋼CO2藥芯焊絲堆焊工藝參數(shù)確定

主要采用逼近法來確定工藝參數(shù)。其調(diào)整方法如下：首先把堆焊速度調(diào)到一定值，并將電流調(diào)到相應(yīng)的近似值，引弧后根據(jù)電流表的讀數(shù)，將堆焊電流調(diào)到指定讀數(shù)，與此同時，及時調(diào)節(jié)電壓表的讀數(shù)；其次，每次調(diào)整都要觀察電弧燃燒、堆焊焊縫成形等情況，根據(jù)調(diào)整記錄，選擇最佳配合，提出修正的工藝參數(shù)。本次試驗(yàn)經(jīng)過多次調(diào)整，最終確定了最佳超級雙相不銹鋼藥芯焊絲堆焊工藝規(guī)范，如表2所示。

3 焊接工藝評定

根據(jù)試驗(yàn)要求及技術(shù)條件的規(guī)定，基材采用規(guī)格為400×400×40mm的12Cr2Mo1R鋼板，焊接方法為雙層（WELFCAW309MoLT+WEL FCAW329J4L）堆焊，堆焊前將待堆焊試件表面磨出金屬光澤并進(jìn)行PT檢測；焊接時應(yīng)控制過渡層的預(yù)熱不低于120℃，道間溫度在120℃～240℃，表層預(yù)熱不大于100℃；堆焊道間塔接長度8～10 mm；堆焊時其試件傾角1°，保證熔合比；焊接后進(jìn)行UT、PT檢測，符合JB4730中一級。

表2 超級雙相不銹鋼CO2藥芯焊絲堆焊工藝參數(shù)

試件經(jīng)過化分、彎曲試驗(yàn)、硬度、鐵素體含量、腐蝕試驗(yàn)、金相，試驗(yàn)結(jié)果分別見表3、表4、表5、表6、表7及圖4、圖5、圖6。

（1）堆焊層化學(xué)成分及結(jié)果見表3。

表3 堆焊層化學(xué)成分 %

（2）堆焊層彎曲試驗(yàn)及結(jié)果見表4。

表4 堆焊層彎曲試驗(yàn)

（3）硬度測量及結(jié)果見表5。

表5 硬度測量（HV10）

（4）鐵素體測量及結(jié)果見表6。

（5）腐蝕試驗(yàn)及結(jié)果見表7。

表7 腐蝕試驗(yàn)

（6）各區(qū)金相照片及金相顯微組織分別見圖4、圖5、圖6。

圖4 表層（×1 000）

圖5 過渡層（×1 000）

圖6 熔合線附近

圖5為鐵素體+奧氏體組織，圖6為奧氏體+鐵素體組織；表3化學(xué)成分、表4彎曲試驗(yàn)、表5三區(qū)硬度檢測、表6堆焊層表面鐵素體含量及表7耐蝕性檢測的測試數(shù)據(jù)表明：超級雙相不銹鋼CO2藥芯焊絲堆焊層各項(xiàng)性能穩(wěn)定，符合技術(shù)條件及NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》要求，能夠用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

4 產(chǎn)品焊接

工藝試驗(yàn)及工藝評定完成并檢測合格后，為成功應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)，事先制定了超級雙相鋼不銹鋼藥芯焊絲堆焊作業(yè)指導(dǎo)書。在產(chǎn)品焊接過程中設(shè)立了多個停留點(diǎn)，嚴(yán)格控制堆焊過程。經(jīng)現(xiàn)場目視檢測、無損檢測后發(fā)現(xiàn)，焊縫成形美觀，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

5 結(jié)論

（1）超級雙相不銹鋼綜合了奧氏體型和鐵素體型不銹鋼兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的韌性、強(qiáng)度，且有良好的耐點(diǎn)蝕能力，選擇在筒體內(nèi)壁或換熱器管板側(cè)堆焊超級雙相不銹鋼層的設(shè)計(jì)既提高了耐腐蝕性又節(jié)省資金。

（2）選用合適的焊接工藝參數(shù)，進(jìn)行雙相不銹鋼堆焊，可以控制復(fù)層鐵素體組織比例大于30%，堆焊層具備超級雙相不銹鋼良好的耐蝕性能。

（3）在實(shí)際產(chǎn)品中的成功應(yīng)用，表明所制定的焊接工藝是正確合理的。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊1-焊接方法與設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]徐剛，張凱，任世宏，等.石化裝置用SAF2205鋼的焊接[J].電焊機(jī)，2012，42（10）：66-69.

[3]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊2-材料的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[4]張鵬林，趙文軍，周濤，等.不銹鋼藥芯焊絲堆焊技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2006，36（12）：60-62.

Application of super duplex stainless FCAW overlaying in pressure vessel fabrication

LI Yimin，ZHANG Kai，REN Shihong，XU Wenkui，CHEN Hongwei，ZHANG Jianxiao
（Lanzhou LS Heavy Equipment Co.，Ltd.，Lanzhou 730314，China）

Aiming at Japanese super dual phase steel flux-cored wire in 12Cr2Mo1R base material,the welding test on 40 mm thickness plate，the transition layer using 309MoL flux-cored wire,surface using 2507 type quantity of welding wire.Choose the appropriate welding process parameters，control group stratified ferrite proportion is above 30%，super duplex stainless steel surfacing layer with good corrosion resistance.Experimental results show that the type 2507 super flux-cored wire chemical analysis，ferrite content，mechanical properties，corrosion resistance conform to the technical conditions and related standards.By the practice of product inspection，can fully meet the production needs.

super duplex stainless；flux-cored wire；the type 2507；corrosion resisting property

TG446

：A

1001-2303（2015）09-0189-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.43

2014-07-08；

2015-09-14

李義民（1983—），男，甘肅靈臺人，在讀碩士，工程師，主要從事壓力容器的制造、安裝與維修工作。