奧氏體不銹鋼壓力容器制造過(guò)程中的失鉻分析

摘要：分析奧氏體不銹鋼壓力容器設(shè)備現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題。奧氏體不銹鋼壓力容器產(chǎn)品在制造過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)焊接過(guò)燒、焊接變形、氬弧焊背面氧化等問(wèn)題。造成這些缺陷的原因與奧氏體不銹鋼金屬成份變化有關(guān)（主要是失鉻）。分析奧氏體不銹鋼焊接后金屬成份的變化，確定奧氏體不銹鋼焊接工藝和應(yīng)采取的工藝措施。

關(guān)鍵詞：焊接過(guò)燒；加熱；裂紋；失鉻

中圖分類號(hào)：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-864X（2014）08-0195-01

一、奧氏體不銹鋼壓力容器設(shè)備現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，不銹鋼壓力容器的數(shù)量逐年遞增，體積逐漸增大。但由于在制造過(guò)程中，缺乏相應(yīng)的不銹鋼制造工藝和應(yīng)采取的必要措施，其產(chǎn)品經(jīng)常存在較嚴(yán)重的制造缺陷。如：焊接過(guò)燒；焊接工藝不當(dāng)產(chǎn)生焊接缺陷；返修后嚴(yán)重變形等。這些均和焊接接頭含鉻量有關(guān)。分析鉻金屬元素?fù)p失過(guò)程，有益于提高產(chǎn)品制造質(zhì)量、降低制造成本。

通過(guò)采用X-MET5000型金屬分析儀對(duì)多臺(tái)不銹鋼產(chǎn)品的母材、管材、熱影響區(qū)、熔敷金屬及返修部位等進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品主體材料符合標(biāo)準(zhǔn)要求。部分小直徑管材不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其A、B類焊接接頭在焊接過(guò)程中，一般采取了冷卻措施，含鉻量基本上符合要求；D類焊接接頭很少采取冷卻措施，其含鉻量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。E類焊接接頭的含鉻量低于母材。

二、焊材、熔敷金屬成份

采用合格的焊材，經(jīng)化驗(yàn)分析，并使用X-MET5000型金屬分析儀對(duì)焊接材料進(jìn)行了檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)可知，焊條、埋弧焊絲和氬弧焊絲均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

三、焊接試件、焊材熔化金屬和熔敷金屬成份

制備焊接試件：制作400×250×10mm×6塊試件。分別采用焊條電弧焊、埋弧焊、氬弧焊進(jìn)行焊接。分別檢測(cè)焊接材料熔化后金屬成份和熔敷金屬成份。其中一塊試件的二分之一加熱700℃左右，冷卻后檢測(cè)其金屬成份。

通過(guò)檢測(cè)，埋弧焊焊絲熔化后含鉻量從原來(lái)的20.30%降至18.28%，含鉻量損失了2.02%；埋弧焊焊接后熔敷金屬的含鉻量從焊絲的的20.30%降至17.74%，含鉻量損失了2.56%；焊條熔化后含鉻量從原來(lái)的19.61%降至18.29%，含鉻量損失了1.32%；焊條焊接后熔敷金屬的含鉻量從原來(lái)的19.61%降至18.99%，含鉻量損失了0.62%；氬弧焊焊絲熔化后含鉻量從原來(lái)的19.67%降至18.17%，含鉻量損失了1.50%；氬弧焊焊接后熔敷金屬的含鉻量從焊絲的19.67%降至17.81%，含鉻量損失了1.86%；試件含鉻量18.41%，板材加熱到700度左右冷卻后含鉻量降至16.90%，含鉻量損失了1.51%。

在氬弧焊焊接過(guò)程中，采用背面噴水冷卻措施和未采取冷卻兩種焊接方法進(jìn)行焊接。然后檢測(cè)冷卻措施前后的金屬成份，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下表1。

從檢測(cè)結(jié)果可以看出，采用背面冷卻措施進(jìn)行焊接，鉻含量比未采取冷卻措施有明顯提高。

四、不銹鋼壓力容器制造過(guò)程中應(yīng)采取的措施

（一）過(guò)燒。

過(guò)燒主要有以下兩個(gè)原因所造成：①焊接電流大，輸入線能量高；②焊接過(guò)程中，沒(méi)有采取冷卻措施，造成失鉻。

控制措施：采取合適的冷卻方式，在保證焊接質(zhì)量的前提下，宜采用小電流，快速焊接。

（二）變形。

變形主要存在三種形式：①封頭與筒體組焊后變形；②B類焊接接頭收縮變形；③返修變形。其主要原因是由于奧氏體不銹鋼的韌性較大，在局部焊接后的冷卻過(guò)程中，形成較大內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致焊縫及周圍區(qū)域收縮變形。

控制措施：①采購(gòu)質(zhì)量有保證的封頭。控制封頭變形，應(yīng)采取合理下料工藝。根據(jù)封頭的質(zhì)量、板厚等因素，筒體的外徑應(yīng)比封頭的外徑略大，然后進(jìn)行組對(duì)焊接。②B類焊接接頭變形，應(yīng)適當(dāng)減小坡口角度。正面清理根部時(shí)，應(yīng)盡量減少坡口寬度；③返修變形，缺陷定位應(yīng)盡量準(zhǔn)確，用砂輪打磨缺陷，宜采用氬弧焊進(jìn)行焊接。

五、總結(jié)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：奧氏體不銹鋼壓力容器制造廠家在選購(gòu)原材料時(shí)，應(yīng)把好材料的入廠關(guān)。在制造過(guò)程中，采用埋弧焊生產(chǎn)效率高，但輸入線能量大，施焊過(guò)程中，含鉻量損失也大。采取焊接背面冷卻措施，可減少鉻的損失。采用焊條電弧焊，生產(chǎn)效率較低，但是可焊接復(fù)雜部位，是埋弧焊不能代替的；如果采取合理的焊接工藝也能減少含鉻量損失。氬弧焊焊接效率低，不易產(chǎn)生焊接缺陷，經(jīng)常用于對(duì)接接頭的打底焊、C類、D類和E類焊接接頭的焊接；因輸入的線能量小，熱量集中，變形量小，含鉻量損失也小。如果采取焊接背面冷卻及焊后表面冷卻措施，可大大減少含鉻量損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB24511—2009，《承壓設(shè)備不銹鋼鋼板及鋼帶》[S]，北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009。

[2]GB/T14976—2012，《流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管》[S]，北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012。

[3]GB/T47010—2010，《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》[S]，北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010

[4]NB/T 47015—2011，《壓力容器焊接規(guī)程》[S]， 北京，新華出版社，2011。

[5]GB/T 983—1995，《不銹鋼焊條》[S]，北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995。

[6]GB/T17854-1999，《埋弧焊用不銹鋼焊絲和焊劑》[S]，北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1999。

[7]YB/T5092-2005，《焊接用不銹鋼焊絲》[S]，北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005。

[8]凌愛(ài)林主編，工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)[M]，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2005。

作者簡(jiǎn)介：辛永泉，男，1955年出生，河北安新王家寨（鄉(xiāng)）村，駐廠室主任，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要研究檢驗(yàn)與檢測(cè)。