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耐低溫不銹鋼管的焊接特性及影響焊接熱能的因素

目前,除擴大使用16錳鋼作為-40鋼外,低溫鋼為-70 ~-253可分為兩類:一類是低溫鋼為-70 ~-120,這類低溫鋼含碳量低,大多屬于低碳鐵素體-少量珠光體鋼;另一個是鐵-錳-鋁體系的單相奧氏體鋼,它是在-196-253下含錳的奧氏體,用鋁穩定奧氏體。為了改善這兩種鋼的性能,其中一些還添加了少量或微量的錳、鈮、釩、鋁、銅、氮、稀土等元素。

這兩種類型的不銹鋼管及其相應的焊接材料在化學成分或金相組織上有所不同,但它們的焊接特性仍然相同,可歸納如下:

1.無論是低碳級鐵素體——少量珠光體鋼,還是單相奧氏體不銹鋼管和鐵-錳-鋁系焊接材料,與普通強度級鋼的不同之處在于,它的硬化傾向小,不易形成冷裂紋。此外,這些材料(包括鋼和焊接材料)能夠使用低溫材料的原因是它們具有良好的塑性和韌性。由于這兩個原因,這些低溫鋼及其焊接材料通常具有良好的焊接性能。

2.為了使焊接接頭(包括焊縫、熔合線和熱影響區)具有與母材相同的低溫性能,不銹鋼管廠要求焊接過程中輸送到焊接區的焊接熱能不能太大。這與一般強度等級的鋼正好相反,因為上述大多數低溫鋼等級是通過用少量合金元素固溶強化來細化基體和晶粒,或者通過熱處理來細化晶粒和均勻組織,從而改善低溫性能并滿足低溫下的使用要求。如果焊接過程中的熱能太大,焊接區不僅具有較高的溫度,而且具有較長的高溫持續時間,導致焊縫和熱影響區,中的較粗糙結構,從而降低焊接接頭的塑性和韌性。

在焊接施工中,不銹鋼焊接管影響焊接熱能的因素主要包括以下三個方面:

(1)焊接電流:

要求焊接電流不要太大,建議按照表10-2進行焊接。

(2)焊接速度:

在保證焊接質量的前提下,希望實現快速多道焊。304不銹鋼焊管這可以確保焊接接頭具有令人滿意的低溫性能。試驗表明,采用鐵錳鋁焊條焊接20Mn23鋁鋼進行慢擺焊時,焊縫在-196時的低溫沖擊值比快速多道焊低3 ~ 5kgm/cm2。

(3)夾層溫度:

控制層間溫度也是控制焊接過程中熱量向焊接區傳遞的措施之一。為了保證焊接接頭的低溫性能,焊接低溫鋼時,一般不希望厚壁不銹鋼管過熱,但應適當控制層間溫度。例如,用(新)低147焊條在90焊接06 Mn-Nb鋼時,進行了連續焊接和層間控溫焊接的工藝對比試驗。試驗表明,焊接鋼種時,要求層間溫度不超過300,否則焊縫沖擊值會降低。工藝對比試驗的結果列于表10-3。

應當指出,在制造低溫壓力容器時,還應注意避免焊接缺陷。由于厚壁不銹鋼管材料的塑性和韌性也隨著溫度的降低而降低,此時對缺陷和應力集中的敏感性將增加,從而容易發生脆性破壞。例如,壓力容器的低溫爆炸試驗表明,筒體上的弧坑和連接管與筒體連接處的不完全貫穿相當于“刻槽”和“應力集中”位置。因此,這些地方很容易成為容器爆炸的起始點。同時,壓力容器的低溫爆炸試驗也表明,只要對弧坑進行適當的修復和避免,并對連接管與筒體的連接處進行兩側鏟焊以保證熔透,就可以減少或避免這些部位的起爆。因此,為確保低溫設備的安全可靠運行,應注意避免和修復焊接施工中的缺陷,并努力減少“刻槽”和“應力集中”部分。


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