奥氏体中碳合金铸钢管的焊接工艺.docx

    奥氏体中碳合金铸钢管的焊接工艺    邹东　朱宁　罗贵宾　唐立新摘 要：针对ZG40Cr24Ni9Si2NRe奥氏体中碳合金铸钢管焊后产生裂纹的现象，通过分析其焊接特点，结合生产现场的要求，研究选择合适焊接材料，制定合理的焊接工艺及措施，成功解决了ZG40Cr24Ni9Si2NRe中碳合金铸钢管的焊接问题，达到了使用性能要求Key：中碳合金铸钢；焊接工艺及措施；奥氏体：TG457.11 ：A ：1671-2064（2018）07-0061-021 引言攀钢矿业选矿厂为改善环保，将使用皮带输送磨选矿的工艺流程改为管道输送因磨选矿后的物料中含有硬度较大的铁粒及石英等，且温度较高，又具有一定的腐蚀性，在泵的作用下，物料在管道内运行过程中，对管道内壁有着冲刷、撞击作用，使管内壁易于被磨损根据优化改进要求，选择了奥氏体耐热、耐磨合金铸钢管（材质ZG40Cr24 Ni9Si2 NRe，规格有Ф273×16mm和Ф325×16mm两种）；焊接材料选择铬、镍含量略高于母材的A302或A307奥氏体焊条，并按奥氏体材料的焊接工艺进行焊接，但焊接后发现部分焊缝中或热影响区有裂纹产生，这样给焊接带来了困难。

所以，需分析研究选择合适的焊接材料和制定合理的工艺措施，来保证奥氏体中碳合金铸钢管的焊接质量和性能要求2 焊接性分析（1）奥氏体耐热、耐磨合金铸钢ZG40Cr24Ni9Si2NRe的主要化学成分和机械性能表1和表2所示，其金相组织为奥氏体+少量碳化物+少量铁素体（铁素体含量小于5%），碳化物在高温状态下增加了耐磨性钢中加有少量的N可提高热强性，添加稀土Re可起到提高高温抗氧化性以及脱氧和改善组织的作用2）焊缝中易产生热裂纹由于ZG40Cr24 Ni9Si2NRe钢含碳量及合金元素含量较高，焊缝凝固结晶时，固-液相温度区间大，结晶偏析倾向严重，焊接时易产生结晶裂纹，具有较大的热裂纹敏感性，由于碳、锰含量较高，因此热裂纹倾向较大3）热影响区易产生冷裂纹因ZG 40Cr24Ni9Si2NRe中碳高合金铸钢的淬透性好，在快速冷却时，焊接热影响区容易出现硬脆的马氏体组织，增大了焊接接头的冷裂纹倾向母材含碳量越高，淬硬性越大，而奥氏体转变为马氏体的起始温度Ms点又较低，在低温下形成的马氏体难以产生自回火效应由于在马氏体中碳含量较高过饱和，硬度和脆性更大，冷裂纹敏感性也更突出4）由于ZG40Cr24Ni9Si2NRe钢的线膨胀系数是碳素钢的1.6倍，体积收缩率和线收缩率较大，在焊接热循环过程中会产生较大的应力。

另由于熔化焊的熔合比不易控制，如果选择的焊接材料与母材的线膨胀系数的差异大时，产生的应力会叠加形成更大的应力，易使焊缝和热影响区开裂5）晶间腐蚀是铬镍奥氏体型钢焊接时的主要问题产生晶间腐蚀的敏化温度区为加热温度在450℃～850℃范围，在此温度区内停留时间过长，就易产生晶间腐蚀虽然ZG40Cr24Ni 9Si2NRe钢中添加有稀土合金铼，能起到一定改善和稳定组织的作用，但在敏化温度区停留时间过长也易产生晶间腐蚀所以焊接ZG40Cr24Ni9Si2NRe钢焊接接头既要防止热裂纹和冷裂纹产生，还要防止产生晶间腐蚀工艺上要严格控制热输入量的大小，冷却速度不宜过快或过慢，选择的焊接材料物理、化学性能应满足要求等，须通过多方面综合考虑来研究制定焊接工艺和措施3 焊接材料选择针对ZG40Cr24Ni9Si2NRe钢的焊接，选择了强度和化学成分都相匹配的A102SiN奥氏体不锈钢焊条，它具有良好的操作性能，熔敷金属在1150℃具有良好的力学性能及耐腐蚀性能，并获得非凡的工艺性能和物理性能A102SiN焊条熔敷金属的化学成分和机械性能表3、表4所示4 焊接工艺及措施4.1 焊前准备（1）准备直流焊接电源和一把带圆头的小锤（重0.5Kg，圆头直径R=5mm）。

2）焊前在待焊焊缝的周围300mm范围内进行低温预热用氧-乙炔焰均匀预热到80℃～100℃，以控制焊接过程中焊缝和热影响区的冷却速度不宜过快4.2 焊接要点（1）采取直流反极性，短弧焊选择Φ3.2mm焊条，焊接电流控制在110～125A范围内；焊接速度等控制在13～20 cm/min，以控制热输入量不宜过大或过小焊接工艺参数表5所示2）由于所焊接的管径较大、较厚，焊接时宜采取分散对称焊接，可使应力分布较均匀防止产生应力集中，以防出现裂纹3）焊接过程采取多层多道焊每焊完一根焊条后立即用带有圆头的小锤在焊道表面进行敲击，先锤击焊道中间再锤击焊道两侧熔合处，达到布满麻点为止，使焊缝产生部分塑性变形来抵消焊缝的部分收缩变形，消除焊缝部分应力4）待焊道及周围的温度空冷降至预热温度范围时再焊下一根焊条多道焊的后一焊道应压住前一焊道的1/3，以使焊层表面平展注意每焊道间的接头处应错开20mm左右，收弧时填满弧坑；焊道与母材的结合部位应熔合良好，并与母材圆滑过渡5 焊后检验（1）焊接完成后外观检查焊缝表面无气孔、夹渣、裂纹、咬边等缺陷，焊缝余高均小于4.0mm范围内，焊缝与母材熔合部位过渡较圆滑，符合外观标准要求。

2）焊缝经Ⅹ射线探伤均在Ⅱ级以上标准，未发现有内部裂纹缺陷，检验合格6 结语（1）奧氏体中碳合金铸钢焊接工艺上，采取低温预热和控制热输入量的措施，对防止焊接接头产生裂纹和晶间腐蚀的问题效果好2）ZG40Cr24Ni9Si2NRe钢管道安装焊接后，现已使用近一年时间，未发现焊接接头处有裂纹和磨穿现象，耐磨效果十分明显，即使有轻微振动，焊缝也没有出现疲劳、断裂现象，确保了奥氏体中碳合金铸钢管焊接接头的使用性能和要求Reference[1]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册（第二卷.材料的焊接）[M].北京：机械工业出版社，2001.[2]中国特钢企业协会不锈钢分会编.不锈钢实用手册[M].北京：中国科学技术出版社，2003.[3]吴燕生.焊接冶金学及金属材料焊接[M].辽宁：大连理工大学出版社，2010.[4]冯剑，金宁宁，徐杰，滕国荣.稀土耐磨合金管道焊接工艺[J].现代焊接，2012，（6）：55.中国科技纵横2018年7期中国科技纵横的其它文章电力营销稽查管理存在的问题及采取的措施通用雷达信标机在船舶雷达标校上的应用浅谈如何加强电力工程造价控制管理配电网建设项目中的工程管理探析火力发电厂锅炉节能降耗的对策与措施分析电梯制动器的结构型式及检验检测探究  -全文完-。