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310S耐热奥氏体不锈钢管焊接技术研究

来源:宛裕不锈钢发布日期:2021.12.11浏览:29|加入收藏

310S不锈钢管是耐热奥氏体不锈钢,具有优良的高温抗氧化性、耐高温性和耐高温腐蚀性能。通过对其化学成分和结构的分析,发现其焊接性能良好,热裂敏感性不大。选用CHS102SiN家用焊条进行焊接工艺试验,所得接头力学性能满足技术要求,焊接工艺可行。

310S是符合美国ASTM和ASME标准的钢种。它是以21Cr-11Ni不锈钢为基础,加入适量的稀土元素铈(Ce)和0.14%0.20%的氮(N)开发的耐热奥氏体不锈钢。该钢种最早由瑞典的Avesta Sheffield AB和Sandvik开发生产,称为253MA钢,根据ASME规则编号为310S。由于310S具有优异的高温抗氧化性、耐高温性和耐高温腐蚀性能,因此在烧结设备、铸造设备、锅炉和压力容器中有着广泛的应用。

某工程项目的锅炉结构中大量使用了310S耐热奥氏体不锈钢。这种材料的焊接工艺资料很少,只有部分采用进口焊接材料,如AvestaAC/DC、Sandvik22。 12HT等焊接这种钢报道[2-3]。本文采用家用焊材焊接310S耐热奥氏体不锈钢,对其焊接工艺进行研究,为实际焊缝生产提供理论指导。

一、310S不锈钢管焊接性分析

310S不锈钢管的化学成分和常温力学性能见表1。虽然钢中仅含21%的Cr和11%的Ni,但加入了强奥氏体化元素N,使组织为完全奥氏体稳定结构体。稀土元素Ce的加入和较少锰(Mn)含量的保留,使310S不锈钢管具有优异的抗氧化性和高温抗蠕变性。 310S不锈钢管的结构虽然是纯奥氏体,但由于钢中的S、P成分较少,对热焊裂纹不敏感。相关资料显示,310S具有良好的可焊性,可采用TIG、MIG、SMAW、SAW等焊接方法进行焊接。

2 焊接工艺评定试验

根据NB/T47014-2011薄板压力设备焊接工艺评定标准,焊接工艺评定试验采用310S 12mm500mm600mm钢板。

2.1 焊材的选择

焊接310S不锈钢管虽然有相应的进口焊材,但考虑到生产成本,还是决定采用大西洋焊材有限公司生产的手工电弧焊(SMAW)和CHS102SiN焊条进行焊接工艺鉴定.考虑到12mm板厚和控制焊接热输入,焊条直径为3.2mm。从电极沉积的金属的化学成分和机械性能如表2所示。

2.2 坡口准备

测试槽形状为V形,槽角为60,槽尺寸见如图1,槽为机加工而成。

2.3 焊接工艺参数

所采用的焊接工艺参数如表3所示。由于310S不锈钢管是奥氏体钢,具有热膨胀系数高、导热系数低的特点。焊接时容易出现熔融金属过热。因此,焊接时焊接热输入必须严格控制在1.6kJ/mm以内,层间温度必须控制在60以内。

2.4 焊接操作的要点。

(1)用电钻或不锈钢丝刷清除油渍、铁锈等有害杂质。在凹槽表面和两侧20mm 处,用丙酮或甲醇清洁拉丝部分。 (2)试验所用焊条在250280下烘烤60分钟,然后放入保温罐,用完即取。 (3)焊接操作时,采用短弧焊,尽量不要平衡焊条,以免烧坏合金元素。 (4)由于310S不锈钢管的可焊性较好,焊后试板厚度不大,焊前无需预热,焊后无需后加热。

3 焊后检查和结果分析

3.1 无损检测

根据NB/T47013.2-2015片压设备无损检测,第2部分医院射线检测,设备型号为XXQ2505,管电压为150 kV,管电流为5 mA,曝光时间为3分钟,图像质量指数为12,拍摄的两张底片表明焊接质量达到I级标准。

3.2 机械功能检查

根据NB/T47014-2011薄板压力设备焊接工艺评定标准的要求,对焊接接头进行拉伸试验、弯曲试验和冲击试验。拉伸试验取2 个样品,弯曲试验取4 个横向试样。在冲击试验中,分别取焊缝金属和热影响区3个试样。样品尺寸为10 mm 10 mm 55 mm。试验结果见表4。从拉伸试验结果可以看出,焊缝的抗拉强度符合母材标准(600MPa),断裂部位在母材。您可以在弯曲结果中看到它。检查焊缝金属是否具有足够的塑性从冲击试验结果可以看出,焊缝的冲击韧性能满足母材的性能要求(31J)。

综上所述,采用CHS102SiN焊接310S不锈钢管所获得的焊接接头性能可以满足不低于母材的焊接工艺评定要求。

4。结论

(1)耐热310S奥氏体不锈钢焊接性好,一般焊前不需预热,可获得优质焊缝。 (2)获得良好焊接质量的关键是制定合理的焊接工艺,采用近3.2mm CHS102SiN焊条,焊接电流80110A,焊接电压1619V,焊接速度59cm。 /分钟等310S不锈钢管参数焊接,所得焊接接头性能不逊于母材,焊接工艺可行。

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