鎳基合金在碳鋼與無(wú)錫不銹鋼焊接中的應(yīng)用

在電力、石油化工等行業(yè)中，異種鋼的焊接應(yīng)用越來(lái)越廣泛，異種鋼焊接接頭的服役條件也日益苛刻，如何保證異種鋼焊接接頭的質(zhì)量顯得尤為重要。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，以珠光體型低碳鋼和奧氏體無(wú)錫不銹鋼的異種鋼焊接最為常見(jiàn)。珠光體型低碳鋼和奧氏體無(wú)錫不銹鋼的金屬組織和化學(xué)成分各不相同，焊接性也比較復(fù)雜，焊接時(shí)易出現(xiàn)問(wèn)題。有用戶規(guī)定碳鋼和不銹鋼焊接的焊接材料必須采用鎳基合金，不允許使用之前通常采用的309型（Cr25-Ni13）焊接材料。
      為此，科研人員進(jìn)行了鎳基合金用于碳鋼SA106 Gr.B和無(wú)錫不銹鋼SA312 TP304L焊接的工藝試驗(yàn)，以確定合適的焊接工藝參數(shù)，用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
      采用規(guī)格Φ168.3mm×7.11mm，長(zhǎng)150mm的無(wú)縫鋼管對(duì)焊，每根管子一側(cè)開(kāi)單邊30°坡口。采用鎢極氬氣保護(hù)焊（GTAW），焊接材料選用鎳基合金Inco82（AWS牌號(hào)為ERNiCr-3）。
      焊接前要打磨清理坡口面及兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹及氧化皮等，直至露出金屬光澤，要保證裝配質(zhì)量。由于焊絲合金含量高，為防止焊縫根部氧化，打底焊接時(shí)管子內(nèi)部要充氬氣保護(hù)。焊接打底時(shí)，第一層和第二層都要進(jìn)行充氬保護(hù)。采用多層多道焊，要注意層間清理，防止出現(xiàn)焊接缺陷。
       對(duì)焊接后的試件進(jìn)行射線檢測(cè)，合格后取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和金相組織分析。力學(xué)性能試驗(yàn)測(cè)得試件拉伸強(qiáng)度為565MPa、532MPa，在碳鋼熱影響區(qū)斷裂，側(cè)彎（4個(gè)試樣、α=180°）試驗(yàn)合格。V型缺口-20℃沖擊功Akv分別為焊縫62、60、60J，熱影響區(qū)46、67、55J（碳鋼）和118、96、104J（無(wú)錫不銹鋼）。可以看出，使用鎳基合金ERNiCr-3焊接的焊接接頭的力學(xué)性能均滿足NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》要求，焊縫的強(qiáng)度、韌性均符合要求。觀察發(fā)現(xiàn)異種鋼焊接接頭試樣焊縫金相組織為奧氏體化的合金化合物，組織致密均勻。
      過(guò)去通常采用309型焊接材料焊接碳鋼和不銹鋼異種鋼接頭，這種接頭在長(zhǎng)時(shí)間高溫作用下，會(huì)造成碳的遷移，嚴(yán)重影響接頭的力學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用鎳基合金焊接材料，減少了高溫下碳的遷移，可防止增碳層、脫碳層及脆化過(guò)渡層的形成，保證長(zhǎng)時(shí)間高溫工作條件下接頭的性能。采用鎳基合金進(jìn)行異種鋼接頭焊接，得到的焊接接頭外觀成型良好。對(duì)焊接接頭進(jìn)行100%射線檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣孔、未焊透及未熔合等焊接缺陷，焊接接頭力學(xué)性能滿足使用要求。