SA738Gr.B 鋼焊接冷裂敏感性分析

羅振新,丁連征

(1.華電陜西能源有限公司，西安 710016；2.華電鄭州機械設計研究院有限公司，鄭州 450046)

SA738Gr.B鋼焊接冷裂敏感性分析

羅振新1,丁連征2

(1.華電陜西能源有限公司，西安 710016；2.華電鄭州機械設計研究院有限公司，鄭州 450046)

對SA738Gr.B鋼板進行了斜Y坡口試驗和插銷試驗,研究該鋼板的焊接冷裂敏感性。試驗結(jié)果表明，按照ASME II生產(chǎn)的核電用鋼SA738Gr.B鋼板具有良好的抗冷裂性能。

SA738Gr.B鋼；焊接冷裂敏感性；插銷試驗；斜Y坡口試驗

0 引言

冷裂紋是焊接中危害較大的焊接缺陷，不易發(fā)現(xiàn)，可存在于焊接生產(chǎn)中的各環(huán)節(jié)，甚至在運行中也會出現(xiàn)，一旦發(fā)生，擴展速度快，對構件安全具有較大危害，焊接中必須采用合理的工藝避免冷裂紋的出現(xiàn)。核電工程中，SA738Gr.B鋼主要用于鋼制安全殼的制造，鋼板以中厚板為主，焊接接頭普遍采用多層多道焊，焊接接頭有較大拘束應力，具有誘發(fā)冷裂的條件。因此，有必要對該鋼的冷裂性能進行較為系統(tǒng)的研究，為確定合理的焊接工藝提供依據(jù)。本研究采用斜Y坡口焊接裂紋試驗及插銷試驗對SA738Gr.B鋼板進行冷裂敏感性研究。

1 試驗設備及材料

板材：42.1 mm厚SA738Gr.B調(diào)質(zhì)鋼板；焊接材料：CHW-62CHR(ER90S-G)實心焊絲，E9018-G-H4焊條，80%Ar+20%CO2富氬氣體；試驗機：HCL-3MC微機自動控制五頭插銷試驗機。

1.1斜Y坡口抗裂性試驗

斜Y坡口焊接裂紋試驗(又稱小鐵研試驗)是一種拘束程度較苛刻的冷裂紋試驗方法，主要用于考核焊接熱影響區(qū)的根部裂紋情況[1]。SA738Gr.B斜Y坡口焊接裂紋試驗分別采用E9018-G-H4焊條進行手工焊和CHW-62CHR實心焊絲、80%Ar+20%CO2富氬混合氣體進行氣體保護焊，焊條焊前在400 ℃下烘干2 h。電弧焊、氣體保護焊均采用GB/T 4364—2013《斜Y型坡口焊接裂紋試驗方法》進行制樣、檢驗，試驗規(guī)范見表1，按照預熱100 ℃、預熱50 ℃、不預熱3種情況進行試驗。試件焊后放置48 h，進行表面、斷面裂紋檢查。試驗結(jié)果顯示，42.1 mm厚SA738Gr.B鋼板在不預熱、預熱50 ℃、預熱100 ℃條件下，其表面裂紋率、斷面裂紋率均為0。

表1 斜Y坡口焊接裂紋試驗焊接條件

1.2插銷冷裂敏感性試驗

插銷試驗使用HCL-3MC微機自動控制五頭插銷試驗機。試驗按GB 9446—1988《焊接用插銷冷裂紋試驗方法》進行，采用斷裂準則進行評定。插銷試件從42.1 mm厚SA738Gr.B鋼板的1/4板厚處取，試件的長度方向垂直于鋼板的軋向；試件直徑為 6 mm，采用螺旋缺口，缺口深0.5 mm，插銷試件尺寸如圖1所示；插銷試驗用底板采用42.1 mm厚SA738Gr.B鋼板。分別采用E9018-G-H4焊條和CHW-62CHR實心焊絲進行試驗，插銷試驗焊接規(guī)范分別見表2、表3，每組2個試件，試驗結(jié)果見表4。由表4可見，在不同的參數(shù)條件下，不論是采用氣體保護焊還是焊條電弧焊，在室溫不預熱條件下，插銷加載到SA738Gr.B鋼的實際抗拉強度為585 MPa和626 MPa，保持載荷24 h內(nèi)均未發(fā)生斷裂。

圖1 插銷試件尺寸

試件編號焊接電流/A電弧電壓/V焊接速度/(mm·min-1)焊條烘干要求116020～23150400℃×2h216020～2375400℃×2h

表3 氣體保護焊插銷試驗焊接規(guī)范

從試驗結(jié)果可以看出，SA738Gr.B鋼板的熱影響區(qū)臨界應力大于最小抗拉強度585 MPa,遠大于其屈服強度485 MPa。試驗采用了更為苛刻的不預熱且24 h加載的方式，不預熱條件下，以50 MPa為步長，在625 MPa加載，24 h仍未斷裂，表明臨界應力大于材料最低抗拉強度，熱影響區(qū)性能和母材相當。因此可以斷定，服役條件下，熱影響區(qū)并不是薄弱環(huán)節(jié)，在不超過實際抗拉強度前不會產(chǎn)生裂紋，鋼板的抗冷裂性能良好。

表4 SA738Gr.B鋼插銷試驗結(jié)果

2 試驗結(jié)果分析

抗裂性試驗表明，SA738BGr.B鋼板抗冷裂性能良好，這主要與該鋼的冶煉及組織有關。SA738Gr.B鋼板采用控軋調(diào)質(zhì)處理，其組織為下貝氏體及少量的珠光體組織，具有較好的韌性，其微觀組織如圖2所示，晶粒度約為8級。

焊材及母材均采取了降碳措施，控制碳元素的含量，降低其碳當量，使其碳當量均在0.4%左右，減少了冷裂敏感性。為保證淬透性，在母材中增加了Ni元素的含量，增加了淬透性，降低馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度，使其不至于在冷卻中形成過量的馬氏體組織，防止冷裂的發(fā)生。熱影響區(qū)再配合合理的工藝措施，可以防止SA738Gr.B鋼在焊接過程中產(chǎn)生冷裂紋。在控制擴散氫含量的條件下，熱影響區(qū)具有較大的臨界斷裂應力。SA738BGr.B鋼板抗裂性好，不預熱也不會產(chǎn)生裂紋。拘束度較大時，輔以預熱、控溫等工藝措施，可防止冷裂紋的產(chǎn)生。

圖2 SA738Gr.B鋼板組織200×

3 結(jié)論

(1)該鋼板含碳量低，碳當量小，冷裂傾向小，室溫焊接時即可避免裂紋的產(chǎn)生。

(2)熱影響區(qū)的臨界斷裂應力大于鋼板的最小抗拉強度，熱影響區(qū)并非薄弱區(qū)域，未呈現(xiàn)強度減弱現(xiàn)象。

[1]李亞江.材料焊接性[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007：32-33.

TG 457.11

B

1674-1951(2017)10-0044-02

2017-05-12；

2017-09-18

(本文責編：劉芳)

羅振新(1966—)，男，廣西柳州人，高級工程師，從事火電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理工作(E-mail:chdlzx@163.com)。