焊后熱處理工藝對堆焊層Fe含量稀釋率的研究

（上海銳邁重工有限公司，上海201101）

0 前言

稀釋率是評價堆焊層組織的重要參數之一，其大小決定著堆焊層的質量及合金元素的利用率。稀釋率越低意味著合金成分被母材成分的沖淡越小，在滿足使用條件下，堆焊層越少越節約堆焊材料。隨著海底深水項目的開發，越來越多的海底管線需要采用堆焊復合管，在節約成本的同時，也面臨著堆焊層被稀釋的問題，特別是對于堆焊鎳基合金625材料，對Fe元素的稀釋率要求控制在5%以下，同時對于有特殊要求的合金，堆焊后還需要進行熱處理。熱處理后Fe元素的稀釋率情況如何仍然是需要探尋的問題，為此，通過對比焊后熱處理需要與否，研究不同堆焊復合材料（堆焊材料均為Inconel 625），為生產提供可行性指導方案。

1 試驗內容

1.1 試驗材料

試驗母材材質為A350 LF2（壁厚15 mm）、A182 F316（壁厚 18.26 mm）及 A694 F70（18 mm），復合層材料為Inconel 625。復合層金屬通過由可編程控制器控制的專用焊接設備和專用焊槍采用熱絲TIG自動堆焊而成，堆焊層總厚度不低于3 mm，堆焊至少2層。

1.2 檢測設備

試驗化學元素分析采用公司PMI光譜檢測分析設備。

1.3 試驗方法

將以上三種不同的材料分成2組，一組經過堆焊后直接按要求測量不同位置Fe含量；另一組堆焊后放置實驗室電阻爐內，進行焊后熱處理，然后再測試不同位置Fe含量。熱處理設備型號為RJ-30-3的實驗箱式電阻爐，熱處理工藝參數見如表1所示。

表1 焊后熱處理工藝Table 1 Heat treatment parameters after welding

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

根據標準ASTMIX BPVC-2017要求對相關位置進行數據收集，詳細情況如表2所示。

由表2可知，選用的焊絲Fe含量均在0.19%，低合金鋼（A350 LF2和A694 F70）經過堆焊后，熔合線以上2 mm（FL+2 mm）處Fe含量約為4%，熔合線以上3 mm（FL+3 mm）處Fe含量約為3.5%；不銹鋼（A182 F316）經過堆焊后，熔合線以上2 mm和3 mm的Fe含量均約為3.0%，后者略低一些。

焊后熱處理主要目的是降低焊接過程形成的內應力，同時焊后熱處理不能降低基材的性能。目前公司對堆焊后進行的熱處理溫度在580～620℃左右，在這個溫度范圍內Fe元素的擴散非常緩慢；表2中數據也進一步證明，焊后熱處理對Fe元素的擴散影響非常小。

表2 基材和堆焊層的化學成分Table 2 Chemical composition of base material and weld overlay Inconel 625

2.2 數據分析

將收集好的數據按經驗公式：Fe稀釋率（堆焊層）=[Fe%（堆焊層）-Fe%（焊絲）]/[（Fe%（基材）-Fe%（焊絲）]，分別計算堆焊層Fe含量稀釋率，不同熱處理工藝對堆焊層Fe含量稀釋率的影響如圖1所示。

圖1 不同熱處理工藝對堆焊層Fe含量稀釋率的影響Fig.3 Effect of heat treatment process on dilution rate of Fe content at weld overlay layer

對比圖1可知，熱處理對堆焊層Fe含量稀釋率無明顯影響。距離熔合線2 mm的Fe含量稀釋率比距離熔合線3 mm的Fe含量稀釋率平均高約0.6%。對于基材為316，堆焊625合金，距離熔合線2 mm處的Fe含量稀釋率超過5%，經過對分析現場焊接參數可知，這主要是焊接電流偏高造成的。

基于以上分析，焊后熱處理對堆焊層Fe含量的稀釋率無明顯影響，公司可以針對性地對相關堆焊產品進行批量生產。

3 結論

（1）焊后熱處理對堆焊層Fe含量稀釋率無明顯影響。

（2）距離熔合線越近，Fe含量的稀釋率越大。

（3）通過本試驗研究結果，對于堆焊625產品，只要嚴格控制焊接參數，堆焊層Fe含量稀釋率基本可控制在5%以下，公司可以對該類產品進行批量生產。