馬氏體不銹鋼預(yù)堆邊焊接工藝可行性探索

摘 要：通過選用隔離層焊接材料及其它焊接工藝參數(shù)進(jìn)行13Cr-4.5Ni-Mo型馬氏體不銹鋼隔離層堆焊后與奧氏體不銹鋼對(duì)接的焊接工藝評(píng)定來對(duì)13Cr-4.5Ni-Mo型馬氏體不銹鋼預(yù)堆邊焊接工藝可行性進(jìn)行探索，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均滿足ASME第Ⅸ卷中的要求，從而驗(yàn)證了13Cr-4.5Ni-Mo型馬氏體不銹鋼預(yù)堆邊焊接工藝的可行性。

關(guān)鍵詞：F6NM；E309L-16；隔離層堆焊；可行性探索

1 概述

我公司承接的某壓水堆示范工程正常余熱排出泵項(xiàng)目的制造任務(wù)，其中，泵體（馬氏體不銹鋼）進(jìn)出口需要與客戶方的管道（奧氏體不銹鋼）相連接，客戶希望我公司能制定即易于其操作，又能保證焊接質(zhì)量的工藝方案來指導(dǎo)其后續(xù)的焊接。焊接工藝處綜合考慮后，擬定在泵體進(jìn)出口進(jìn)行預(yù)堆邊焊接，使其交貨狀態(tài)為奧氏體不銹鋼。參考相關(guān)資料和標(biāo)準(zhǔn)后，選用馬氏體不銹鋼F6NM和奧氏體不銹鋼304L進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，其中選用焊材E309L-16進(jìn)行隔離層堆焊，焊材E308L-16進(jìn)行對(duì)接焊。

2 評(píng)定用材料

母材、焊材復(fù)驗(yàn)化學(xué)成分及力學(xué)性能分別見表1。

3 焊接工藝、熱處理規(guī)范及無損探傷要求

（1）焊接試件開V型坡口，對(duì)F6NM一側(cè)坡口進(jìn)行一次滲透探傷。

（2）焊接過程采用手工電弧焊，由經(jīng)過HAF603考核合格的焊工進(jìn)行。

（3）F6NM焊前進(jìn)行預(yù)熱，以盡量減緩焊后冷卻速度，避免冷裂紋的產(chǎn)生。根據(jù)F6NM的含碳量及結(jié)構(gòu)形式，選用的預(yù)熱溫度控制在100-120℃之間，隔離層堆焊厚度不小于8mm，隔離層堆焊的焊接工藝參數(shù)見表2。

（4）由于F6NM的淬硬特點(diǎn)，隔離層堆焊完成后進(jìn)行去應(yīng)力退火。溫度過高，F(xiàn)6NM不僅引起板條狀組織粗化，還可能發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，這部分奧氏體在冷卻過程中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，引起鋼的硬度、強(qiáng)度上升，而沖擊韌性下降的趨勢(shì)；同時(shí)，為了盡量避開奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕敏感溫度，選用去應(yīng)力退火溫度為570-580℃，保溫時(shí)間3h。另外，若焊后立即熱處理，奧氏體可能未完全轉(zhuǎn)變，會(huì)出現(xiàn)碳化物沿奧氏體晶界沉淀和奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生晶粒粗大組織，嚴(yán)重降低韌性，所以，焊后熱處理在焊件冷卻到室溫后進(jìn)行[1]。

（5）去應(yīng)力退火完成后進(jìn)行二次坡口加工，并進(jìn)行二次滲透探傷。

（6）與304L進(jìn)行對(duì)接，對(duì)接焊焊接工藝參數(shù)見表3。

4 評(píng)定結(jié)果及分析

4.1 無損檢驗(yàn)項(xiàng)目及結(jié)果

母材F6NM及其堆焊完成后坡口面的滲透探傷結(jié)果均合格；對(duì)接完成后射線檢測(cè)焊接接頭內(nèi)未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、未焊透和條形缺陷，探傷結(jié)果合格。

4.2 焊接接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果及分析

拉伸試樣1，2的抗拉強(qiáng)度分別為634MPa，641MPa均高于母材中抗拉強(qiáng)度較低的304L的最小抗拉強(qiáng)度485MPa，焊接接頭滿足強(qiáng)度要求。

4.3 焊接接頭橫向彎曲試驗(yàn)結(jié)果及分析

側(cè)彎試樣1，2，3，4均使用直徑Ф56mm壓頭，彎曲180℃，肉眼觀察凸弧面均無任何缺陷，彎曲性能滿足要求。

4.4 焊接接頭沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果及分析

焊縫沖擊值平均值69J和最小值62J，熱影響區(qū)沖擊值平均值59J和最小值58J均高于ASME第Ⅲ卷NC分卷對(duì)承壓材料的夏氏V型缺口沖擊試驗(yàn)的吸收能量要求的三個(gè)試樣的平均值27J和最小值20J，焊接接頭沖擊韌性滿足要求。

4.5 焊接接頭金相檢驗(yàn)結(jié)果及分析

焊接接頭宏觀金相未發(fā)現(xiàn)裂紋、未焊透、夾渣、氣孔、未熔合等焊接缺陷；微觀金相組織清晰，無其他相析出，說明焊接過程控制和工藝參數(shù)選用是正確可行的。

5 結(jié)束語

選用上述預(yù)熱溫度、焊接工藝參數(shù)及熱處理規(guī)范，F(xiàn)6NM選用E309L-16焊條進(jìn)行隔離層堆焊后選用E308L-16焊條與304L對(duì)接焊的焊接工藝評(píng)定滿足ASME第Ⅸ卷中焊接工藝評(píng)定要求，結(jié)果合格?？梢?，擬定的13Cr-4.5Ni-Mo型馬氏體不銹鋼預(yù)堆邊的焊接工藝是可行的。

13Cr-4.5Ni-Mo型、13Cr-4Ni型馬氏體不銹鋼是在Cr13型馬氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上降低含碳量，加入Ni、Mo元素而發(fā)展起來的，是具有較高強(qiáng)度、韌性和一定耐腐蝕性的優(yōu)良鋼種，如今已廣泛應(yīng)用在壓水堆核電站項(xiàng)目。所以，對(duì)此類鋼種的相關(guān)焊接工藝性能的研究具有很好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]張文華.不銹鋼及其熱處理[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2010.