雙相鋼帶極堆焊7頁

1、雙相鋼帶極堆焊王剛 胡希海 張超（撫順機械設(shè)備制造有限公司，撫順 113006）摘要：本文介紹雙相鋼的帶極堆焊，主要試驗焊后冷卻方式對性能的影響。結(jié)果表明：焊后水冷對兩相平衡和耐蝕性能有利。關(guān)鍵詞：雙相鋼；帶極堆焊；焊后水冷Strip Cladding of Duplex Steels Wanggang Huxihai Zhangchao (Fushun Mechanical Equipment Manufacturing Co.,Ltd Fushun 113006) Abstract: The paper describes strip cladding of dual phase stee

2、l, and maily tests cooling methods effect on the performance after weld. The result indicates that water cooling is favorable to dual phase balance and corrosion resisting property.Key words: Dual Phase Steel, Strip Cladding, water cooling after weld前言：雙相不銹鋼已有70多年的歷史，由于具有優(yōu)良的耐腐蝕性、高強度，尤其是在氯化物介質(zhì)中抗應(yīng)力腐蝕、

3、縫隙腐蝕和孔蝕的優(yōu)異性能，被廣泛用于化工、石化、電力、造紙等領(lǐng)域。近年來，隨著高硫原油的提煉日益增加，煉油化工設(shè)備日趨大型化，普通的347L/316L設(shè)備耐腐蝕性已經(jīng)滿足不了要求，在煉油設(shè)備上對雙相不銹鋼的應(yīng)用越來越多，如國內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生，某加氫裝置的高壓換熱器管束產(chǎn)生銨鹽腐蝕，不得不將換熱管選材從321改為saf2205的實例。但是由于雙相不銹鋼由于價格昂貴，在一些重大設(shè)備上應(yīng)用，會帶來成本的大幅度增加，往往是采用基體低合金鋼，耐蝕層雙相鋼的復(fù)合材料辦法解決，關(guān)于材料的復(fù)合方式，目前主要有兩種，一種是采用爆炸復(fù)合板的方式進行，另外一種方式是采用電弧焊堆焊技術(shù)。關(guān)于雙相鋼的爆炸復(fù)合技術(shù)，因為復(fù)合板

4、爆炸后需要進行熱處理消除應(yīng)力，存在著熱處理制度選擇的難題，國內(nèi)曾經(jīng)出現(xiàn)過在役雙相鋼爆炸復(fù)合板設(shè)備爆炸的實例，因此對雙相鋼復(fù)合板使用應(yīng)該謹慎為好。堆焊技術(shù)可以較好的規(guī)避這些問題，但是目前大部分企業(yè)采用的是手弧焊堆焊技術(shù)，存在相鄰焊道重復(fù)受熱，熱循環(huán)次數(shù)增加，堆焊效率不高，外觀質(zhì)量差，難以適應(yīng)大面積產(chǎn)品堆焊的問題，開展高效率的雙相鋼帶極堆焊技術(shù)是一個迫在眉睫的重要課題。一 雙相鋼帶極堆焊存在問題1堆焊材料的確定： 針對2205型雙相鋼帶極堆焊，目前基本采用雙層堆焊的方式得到，即過渡層復(fù)層，通常不銹鋼堆焊的過渡層需要考慮復(fù)層材料和基材成份的差異，從而降低基材對堆焊層的稀釋效應(yīng)，考慮到復(fù)層2205的M

5、o含量的平衡，選擇309MoL，但是由于焊帶成材率的影響，焊帶中較高的Cr,Mo會嚴重影響焊帶的成材率，致使成本居高不下，不利于工程應(yīng)用，所以確定過渡層焊帶為：SANDVIK 00Cr23Ni13Mo3,復(fù)層選擇SANDVIK 00Cr22Ni8Mo3，焊帶規(guī)格：60*0.5mm，焊劑為：10SW;帶極堆焊方式考慮為電弧型。具體成份見表1： 表1 堆焊焊帶的化學(xué)成份（）CMnSiSPCrNiMoCuN技術(shù)條件要求24.13.3L0.031.02.50.30.650.030.0323.025.012.014.02.0-3.00.75/復(fù)驗值24.13.3L0.0271.4530.3320.008

6、0.0123.2413.112.1030.073/技術(shù)條件要求22.8.3L0.030.5-2.00.900.030.0321.5-23.57.5-9.52.5-3.50.750.1.0-0.20復(fù)驗值22.8.3L0.0181.0250.3210.0020.00322.318.2512.6550.0780.142堆焊工藝的影響：2.1焊接電流的影響：在堆焊過程中，焊接電流對堆焊層的厚度、熔深、稀釋率有很大的影響。在其他參數(shù)不變的情況下，隨著電流的增加，堆焊層的厚度加大、稀釋率變小，合金元素的燒損加劇，難以保證適宜的鐵素體含量，使耐蝕性減弱。同時，堆焊層厚度過高，造成相鄰焊道之間搭接困難，熔合

7、不好，不利于堆焊層貼合。結(jié)合焊帶規(guī)格確定電流如下：I=850-950 A。2.2堆焊速度的影響堆焊速度的變化對焊道成型和稀釋率的影響比較明顯，速度過快，堆焊厚度減薄、稀釋率加大，容易形成咬邊和熔合不良。 2.3電壓的影響堆焊過程中，電壓變化對焊道成型，寬度及堆焊過程中的穩(wěn)定性影響很大，電壓偏高致使堆焊焊道容易出現(xiàn)咬邊缺陷。 2.4帶極伸出長度的影響焊帶的干伸長過長，會使堆焊過程不穩(wěn)定，過短會使渣殼粘附在導(dǎo)電嘴上，并使焊帶不完全熔化，焊道成型不良。根據(jù)以往經(jīng)驗，確定干伸長在35-40mm。 3.冷卻方式對鐵素體的影響時間溫度s相 圖1 焊接熱循環(huán)對s相形成的影響時間溫度d+gds相HAZ: ve

8、ry rapid水冷A空冷 圖2 冷卻速度對金相的影響雙相鋼堆焊層應(yīng)該具有穩(wěn)定的雙相組織平衡，以保證具有良好的耐蝕性和強度，通常要求兩相比例在50為好，考慮到工程實踐，要求兩相比例為30-70%。由于帶極堆焊線能量大，焊道冷卻速度慢，致使相鄰焊道重復(fù)受熱，易形成相導(dǎo)致脆化。圖1描述了這一情況。圖2表示不同的冷卻速度和方式對金相組織的影響，從中可以看出，如果想得到合適雙相組織，較快的冷卻速度是必須的，否則會參生硬而脆的s相。針對上訴問題，在帶極堆焊實踐中需要重點考慮冷卻方式和堆焊層的冷卻速度，對此采用空冷和水冷兩種模式進行了堆焊試驗。二 堆焊試驗基材采用規(guī)格為40040060mm的2.25Cr-

9、1Mo鋼板。焊接方法為雙復(fù)層（309MoL+2209）自動堆焊，其耐蝕層堆焊后的冷卻方式：方案一為自然冷卻（空冷）；方案二為強制冷卻（水冷），詳見表2。表2 堆焊試驗參數(shù) 焊材焊接電流A電弧電壓V焊接速度cm/min厚度mm線能量kJ/cm2焊后處理材質(zhì)規(guī)格mm過渡層24.13.3L/10SW0.5*6090028203.575.66202h耐蝕層22.8.3L/10SW0.5*60920 28203.575.6空冷或水冷磁控制器電流S極 1.5A N極：1.0 A。注：焊接極性為DCEP；耐蝕層堆焊2層，焊后采取自然冷卻（方案一）和水冷（方案二）。堆焊時注意事項：（1）堆焊前將待堆焊試件表面

10、修磨出金屬光澤并經(jīng)PT檢查；（2）堆焊過渡層，預(yù)熱溫度80，焊道層間溫度80-170；（3）焊道間塔接長度8-10mm；（4）堆焊時試板角度1，保證熔合比；（5）焊后進行UT、PT檢查：符合JB4730-2005 中I級要求。三檢驗結(jié)果1. 堆焊后試件的檢驗表3 堆焊層力學(xué)性能試驗 （在面層取樣）焊后冷卻方式試樣（mm）試驗溫度bMpasMpa5%側(cè)彎D=4a剪切Mpa寬厚空冷6.13.4常溫65052025.642.8合格3056.23.665551526.946.7290水冷6.73.566051030.743.63006.23.566550527.447.8290表4 堆焊層的腐蝕試驗點

11、腐蝕試驗（FeCl3）晶間腐蝕試驗ASTM A923C法要求腐蝕率10mddGB/T4334.5-2000冷卻空冷水冷冷卻空冷水冷試樣腐蝕率/ mdd試樣D=4a,l=6.2a,a1801#7.16.4D113無晶間腐蝕傾向2#8.26.43#7.56.5D1144#9.59.6表5 堆焊層硬度試驗 (HV)冷卻母材熔合線堆焊層空冷170/180/175260/275/270250/270/265水冷180/185/175270/265/275260/265/270表6 堆焊層鐵素體含量（%）鐵素體儀（up30） 后焊面冷卻位置起弧點中間點收弧點平均值空冷鐵素體含量30323430343532

12、.5水冷36363838384238.3鐵素體儀（up30） 熱影響區(qū)位置78910 1112平均值空冷鐵素體含量32282730323130水冷32333332323332.5ASTM-562的點計數(shù)法鐵素體含量檢測空冷體積分數(shù)Vv34.5水冷41.2四、 堆焊層化學(xué)成分分析表7 堆焊層化學(xué)成分（%） 化學(xué)元素CMnSiSPCrNiMoCuN熔敷金屬0.0180.8970.4530.0100.01422.318.9883.2330.0980.148注：距表面層3-3.5mm取沫化驗。五堆焊層微觀金相組織空冷堆焊層表面的金相組織水冷堆焊層表面的金相組織金相組織： （1）空冷堆焊層：鐵素體含量為

13、34.5%，其余為奧氏體（2）水冷堆焊層：鐵素體含量為41.2%，其余為奧氏體（2）用ASTM A923 C法進行檢驗，采用自然冷卻的腐蝕率為8.1mdd；采用水冷的腐蝕率為7.2mdd；顯然水冷的腐蝕率較低。（3）按ASTM-562點計數(shù)法和鐵素體儀法測定鐵素體量：空冷的鐵素體含量分別為34.5%和FN32.5；水冷的鐵素體含量分別為41.2%和FN38.3。顯然，水冷的鐵素體量較高。兩相平衡的理想值是FN40-60，所以水冷法比自然冷卻法更接近兩相平衡。六結(jié)論：（1）采用焊后空冷和水冷的兩種冷卻方式在Cr-Mo鋼基材上帶極堆焊雙相鋼，焊后對堆焊層各項指標按標準要求進行檢驗，其結(jié)果均符合要求。（4）雙相鋼帶極堆焊后采用強制水冷，其綜合性能優(yōu)于自然冷卻法。參考文獻