15CrMoR+316L復(fù)合鋼焊接工藝的研究

1簡述   伴隨著化工石油業(yè)迅猛發(fā)展，各種各樣抗腐蝕、耐熱和耐高壓的材料在高壓容器里的運用愈來愈普遍。不銹鋼板耐高溫復(fù)合鋼板不但達到在高溫狀態(tài)下的材料強度和抗蠕變水平，并且低合金鋼抗腐蝕能力也得到很好的應(yīng)用，既經(jīng)濟實惠又考慮應(yīng)用規(guī)定，獲得廣大的客戶的青睞。我公司在制造減粘反應(yīng)釜時，采用的原材質(zhì)為15CrMoR 316L耐高溫復(fù)合鋼板，規(guī)格型號為δ=22 3mm，使用的焊接方式為電弧焊，焊接原材料采用：底層15CrMoR采用的焊絲為R307，過渡層采用的焊絲為A042，復(fù)層采用的焊絲為A022?？墒?，在實際的焊接環(huán)節(jié)中，普遍存在下列難題：耐磨鋼15CrMoR的焊縫焊后要進行清除焊接剩余應(yīng)力熱處理工藝，依照技術(shù)標準的要求熱處理工藝的溫度一般為（670～690℃）±15℃，可是復(fù)層316L不銹鋼板在焊接環(huán)節(jié)中，通過500～900℃長期加溫或焊后慢慢制冷，可能會產(chǎn)生鉻的滲碳體和產(chǎn)生σ相，減少焊縫的抗腐蝕性能。如何控制鉻的滲碳體的溶解和σ相產(chǎn)生是15CrMoR 316L耐高溫復(fù)合鋼板焊接和焊后熱處理的關(guān)鍵。

2原材質(zhì)的焊接性剖析   2.1底層15CrMoR鋼的焊接性剖析   2.1.1底層15CrMoR為耐磨鋼，在焊接環(huán)節(jié)中易出現(xiàn)下列難題：   （1）淬硬傾向大：由于Cr、Mo、V元素的添加，減少材料的臨界冷卻速度，提升過冷奧氏體的穩(wěn)定性，因為焊接冷卻速度大，在比較低溫度下產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變，從而形成淬硬層機構(gòu)。   （2）焊縫冷裂紋敏感性高：焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)繁雜，加上淬硬層組織對集聚于此的氫十分比較敏感，很容易產(chǎn)生冷裂紋。   （3）有一定的再熱裂紋趨向：由于Cr、Mo、V等元素的存在，耐磨鋼的焊接連接頭在焊后熱處理環(huán)節(jié)中，有一定的再熱裂紋趨向。   2.1.2 15CrMoR鋼焊接采用的工藝對策：   （1）加熱溫度和固層溫度的控制 加熱溫度≥150℃，固層溫度控制在150~250℃. （2）適度提升焊接線能量,能夠緩解淬硬傾向。 （3）后熱和焊后熱處理 對焊縫開展焊后消氫處理和清除焊接剩余應(yīng)力的焊后熱處理。   2.2復(fù)層316L鋼的焊接性剖析   2.2.1復(fù)層馬氏體316L鋼焊接易出現(xiàn)的問題： （1）馬氏體316L鋼焊接環(huán)節(jié)中澎漲和收攏比較大，易造成產(chǎn)品工件形變或引起熱裂紋。 （2）馬氏體316L鋼焊接環(huán)節(jié)中經(jīng)過長時間的加溫或焊后緩冷，易進行析出鉻的滲碳體或產(chǎn)生σ相，導(dǎo)致焊接連接頭有應(yīng)力腐蝕趨向。   2.2.2復(fù)層馬氏體316L鋼焊接采用的工藝對策： （1）采用低碳環(huán)?；驑O低碳焊接原材料。 （2）選用小一點焊接線能量且限定固層溫度，能夠減少超溫和形變，與此同時減少焊接剩余應(yīng)力，緩解焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂趨向。

3焊接工藝的制訂   3.1焊縫設(shè)計方案：針對復(fù)合鋼板的焊縫設(shè)計方案總的原則是：有益于降低銜接焊縫金屬的稀釋率。見圖1。   3.2焊縫制?。河玫入x子切割機開料，開展焊縫制取。在激光切割的時候，夾芯板的復(fù)層朝上，從復(fù)層側(cè)逐漸激光切割，用磨光機打磨拋光切割面。

3.3加熱和定位焊：依據(jù)15CrMoR耐磨鋼的性質(zhì)，在焊接前要做好加熱，加熱溫度不少于150℃之上，而且在焊接過渡層時也必須要開展加熱。精準定位焊縫只允許焊在基層原材質(zhì)上。   3.4焊接工藝標準   3.4.1焊接次序：先焊底層15CrMoR側(cè)焊縫，隨后焊接過渡層焊縫，最終焊接復(fù)層316L側(cè)焊縫。   3.4.2焊接技術(shù)性   （1）焊接時采用窄焊縫，雙層多道焊接，每一條焊縫晃動的總寬不得超過焊條直徑的3倍。（2）不可用R307焊絲在復(fù)層和過渡層上進行焊接，銜接焊縫應(yīng)與此同時焊接底層焊縫、底層原材質(zhì)和復(fù)層母材，且應(yīng)蓋滿底層焊縫和基層原材質(zhì)。實際焊縫部位見圖2。

（3）在焊接復(fù)層焊縫的時候，務(wù)必控制層間溫度小于100℃，并且選用小一點線能量開展雙層多道焊接。   （4）焊接工藝參數(shù)見附注。4焊后熱處理加工工藝   4.1基本焊后熱處理加工工藝   對15CrMoR 316L復(fù)合鋼焊接進行之后開展焊縫熱處理工藝，依照基本規(guī)定，在帶有Cr、Mo、V、Nb等滲碳體產(chǎn)生元素的耐磨鋼，在熱處理工藝環(huán)節(jié)中有較高的耐熱性，熱處理工藝溫度相對性挑選比較高，這樣才能夠做到熱處理工藝清除其剩余應(yīng)力的目的，與此同時也能達到焊接連接頭機構(gòu)的穩(wěn)定并緩解熱影響區(qū)硬底化。選擇的熱處理工藝溫度為690±10℃，控溫時間為60min。

4.1.1復(fù)層焊縫耐應(yīng)力腐蝕實驗   通過上述的熱處理方法對焊縫開展熱處理工藝以后，對復(fù)層焊縫開展耐應(yīng)力腐蝕實驗，檢測其耐腐蝕性。復(fù)層焊縫試件通過鹽酸-硫代硫酸鈉腐蝕試驗16個小時之后，試件彎折180°，變大10×觀查，試件有因應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生的裂痕，實驗結(jié)論不過關(guān)。   4.1.2復(fù)層焊縫連接頭金相分析實驗   為了能更進一步確認焊縫耐蝕性，對復(fù)層焊縫焊接連接頭開展合金成分觀查，見圖4，確定是否有鉻的滲碳體進行析出和σ相產(chǎn)生，為此來判定焊縫的抗腐蝕趨向。

通過以上焊接接頭的合金成分剖析，在原材質(zhì)和熱影響區(qū)均發(fā)現(xiàn)有鉻的滲碳體進行析出和σ相產(chǎn)生，順著位錯造成貧鉻層，那樣加重焊接接頭的應(yīng)力腐蝕趨向根本原因。

通過以上試驗的認證，通過常規(guī)的焊后熱處理工藝的試樣應(yīng)力腐蝕趨向比較嚴重，不可以滿足產(chǎn)品的應(yīng)用規(guī)定，熱處理工藝的工藝必須重新制定。   4.2科學(xué)研究后焊后熱處理加工工藝   在確保耐磨鋼15CrMoR清除焊接剩余應(yīng)力和低合金鋼316L不發(fā)生腐蝕能降低的前提下，參照有關(guān)資料和大量的實驗匯總的基礎(chǔ)上，最終確定的熱處理工藝溫度為600±10℃，控溫時長依據(jù)夾芯板的總薄厚列入60min。

通過以上焊接接頭的合金成分剖析，未發(fā)現(xiàn)有鉻的滲碳體進行析出和σ相產(chǎn)生，這個就緩解焊接接頭的應(yīng)力腐蝕趨向。

4.2.3焊縫物理性能檢測   對通過科學(xué)研究后熱處理工藝的焊縫開展抗壓強度、可塑性和斷裂韌性的檢測，結(jié)論均達到技術(shù)標準規(guī)定。實際試驗數(shù)據(jù)及結(jié)論如下所示：焊縫的抗壓強度：545MPa   540MPa焊縫的脊柱側(cè)彎實驗：達標。焊縫的應(yīng)力測試：焊縫：62、64、68（J）熱影響區(qū)：240、164、232（J）

5結(jié)果   15CrMoR 316L耐高溫復(fù)合鋼板在焊接環(huán)節(jié)中，嚴控焊接工藝參數(shù)和焊后熱處理加工工藝，尤其在焊后熱處理這一環(huán)節(jié)中，要進行認真的操縱，即可保證產(chǎn)品的耐腐蝕特性。