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不鏽鋼管A-TIG焊接头成分对性能的影响

来源:欧洲杯网上在哪买球钢业 日期:2021-05-02 16:16:03 人气:119

 浙江欧洲杯网上在哪买球鋼業有限公司通過不鏽鋼管A-TIG與TIG焊接頭性能對比試驗,分析了活性劑導致的接頭成分變化對其性能的影響,結果表明:相比于TIG焊,A-TIG焊電弧收縮,集中的熱源使得熱輸入降低,奧氏體組織細小;活性劑的加入,使得接頭碳、磷和硫含量增加,造成接頭脆硬增大,抗拉強度提高10.3%,沖擊韌性損失30.5%;電弧不穩定導致表面成形較差,配合耐腐蝕鉻、钼元素的燒損,使得接頭耐腐蝕性降低。


 目前,电力系统所用的大型水冷不鏽鋼管道材质多为中厚不锈钢,常规焊接方法是开剖口+TIG(打底)+填丝TIG(填焊)+填丝TIG(盖面),该焊接方法存在加工成本高、焊接效率低以及热输入大等缺点。研究表明,焊缝表面预涂活性剂,可以改善电弧形态及熔池金属表面张力,熔深可增加2倍以上。这种A-TIG焊技术可在不开坡口条件下,实现单面焊双面成形,具有焊接效率高、热输入小以及热影响区窄等有点。但活性剂的加入,必然会导致焊接过程稳定性及焊缝化学成分发生变化,进而影响接头的力学性能及管道耐腐蚀性能,因此开展不鏽鋼管A-TIG焊焊接头性能研究具有重要理论意义和实用价值。


一、開展實驗


 TIG焊接方法具體參數如表所示。按照該法,分別焊接試樣1和試樣2,焊接參數如表所示。在此基礎上,觀察焊接過程及焊縫表面成形狀況。參照相關標准,分別在A-TIG焊及TIG焊接頭取拉伸、沖擊和金相試樣,分別測試兩種接頭的化學成分、抗拉強度、抗沖擊性能、硬度分布以及耐腐蝕性能,並觀察接頭各區域組織形態。


二、結果分析


  1. 接头成分分析


  不锈钢母材、常规TIG焊缝及A-TIG焊缝元素含量分布情况如表所示。可以看出,活性剂中的有机溶剂会有少量吸附于焊缝表面,使得A-TIG焊缝中碳、硫及磷含量高于常规TIG;过于集中热源使得接头中锰、铬、钼和镍元素均略有烧损,含量略低与TIG,可见成分变化对接头的焊接性能、力学性能以及耐腐蚀性能有重要的影响。


  2. 宏观焊接性能分析


  A-TIG焊缝宏观形貌如图所示。可以看出,相比于TIG多层焊,A-TIG的活性剂主要可使电弧间发生收缩,而集中热源更是使焊接效率比TIG焊提高2倍。然而,表面吸附的有机溶剂在高温下分解成氧化氢(气态)和二氧化碳,对电弧稳定性产生影响,使得焊接过程极不稳定,电弧呈间歇性状态,焊缝表面鱼鳞纹均匀性较差,且氧化发黑严重,粗糙度及光洁度较差。


  3. 接头硬度分布


  两种接头不同深度层硬度分布情况如图所示,其中A-TIG焊接接头硬度整体略低于TIG多层焊,但焊缝中心处出现硬度极大值。原因是TIG多层热输入较大,奥氏体晶粒粗大,硬度较高。结合金相图可以看出,碳、磷和硫含量较高的A-TIG接头中,晶界处易析出较多的脆性渗碳体,且接头处富集的磷、硫杂质形成脆性相,会进一步增加其脆硬倾向,而较低含量的锰对杂质去除效果影响较低。


  4. 接头拉伸性能分析


  焊接接头的力学性能参数以及焊接接头拉伸断口形式如表所示。通过表可以看出,常规TIG及A-TIG焊的接头拉伸断口均在焊缝中心,而A-TIG焊接头的平均抗拉强度比TIG焊强度高10.3%,断口有一定缩颈量,断口平齐而光亮,没有常规TIG断口中的韧窝出现。A-TIG焊缝中析出的渗碳体和P、S杂质富集在奥氏体晶界处,成为裂纹的发源地,接头脆硬倾向显著增加,强度增加,塑性降低。


  5. 接头冲击性能分析


  焊接接头冲击断口如图所示。由图可知,较常规TIG焊接接头冲击性能比A-TIG焊接头的冲击性能损失多出了30.5%,冲击断口较为平齐,没有显著韧窝出现,焊缝中较高的碳含量使接头硬化显著,且较多的磷、硫杂质使接头韧性损失加剧。


  6. 接头拉伸性能分析


  多层TIG及A-TIG焊接管道内壁经48小时中性盐雾试验形貌结果如图所示,显示出A-TIG焊缝的耐腐蚀较差。一方面焊接过程不稳定导致焊缝背面成形存在较多缺陷,这些缺陷处成为管道内部腐蚀的通道;另一方面焊缝中钼元素因烧损含量降低,材质本身耐腐蚀性变差。


  7. 接头显微组织分析


  接头的显微组织形貌如图所示。可以看出,常规TIG焊及A-TIG焊焊缝组织都是在奥氏体基体上有铁素体在晶界和晶内析出,形成奥氏体和铁素体双相组织,呈树枝状分布。常规多层TIG焊,焊接热输入量大,高温停留时间长,焊缝中奥氏体组织较为粗大;而A-TIG焊的电弧收缩能量集中,热输入量较小,焊缝区宽度比TIG更窄,奥氏体组织更细小均匀。另外,A-TIG焊接头的奥氏体晶界处析出较多的碳化物相,阻碍晶界滑移,导致接头脆硬倾向增大。


三、結論


  相比于传统TIG焊接,A-TIG电弧收缩焊接效率较高、热输入低且奥氏体组织细小均匀,但残留有机物使得焊接过程不稳定,表面成形较差。A-TIG焊缝中较高的碳、磷与硫元素使得晶界处析出较多的碳化物及硫化物相,使接头脆硬倾向增加,抗拉强度降低10.3%,冲击性能损失30.5%。而接头中较低的铬、钼和镍元素,结合较差的表面成形,使得不鏽鋼管道焊缝耐腐性能降低。为保证焊接过程稳定可靠及接头质量,A-TIG焊的活性剂成分及工艺方法有待进一步研究。


本文標簽:不鏽鋼管 

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