0Cr18Ni9Ti/Q235復(fù)合板的焊接性能分析

介紹了1cr18ni9ti/q235-aiqtent

1Cr18Ni9鋼與Q235A鋼的焊接

q235的焊接性 由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化 組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時(shí)，一般不需預(yù)熱、控制層 間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個(gè)焊接過程不必采取特殊的工藝措施， 焊接性優(yōu)良。 但在少數(shù)情況下，焊接時(shí)也會出現(xiàn)困難： 1)采用舊冶煉方法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼含氮量高，雜質(zhì)含量多，從而冷脆性大，時(shí)效敏感性增加， 焊接接頭質(zhì)量降低，焊接性變差。 2)沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，p等雜質(zhì)分布不均，局部地區(qū)含量會超標(biāo)，時(shí)效敏感 性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也增大。 3)采用質(zhì)量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高，會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。如某 廠采用酸性焊條焊接q235-a鋼時(shí)，因焊條藥皮中錳鐵的含碳量過高，會引起焊縫產(chǎn)生熱裂 紋。 4)某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭

一、前言我廠ⅱ系列主產(chǎn)品1575mm和1760mm大型造紙?jiān)O(shè)備,有多種焊接結(jié)構(gòu)件是采用1cr18ni9鋼和q235a鋼焊接而成的。容器結(jié)構(gòu)內(nèi)壁與腐蝕介質(zhì)接觸部位采用1cr18ni9鋼材制作,而法蘭、基座等部分不與介質(zhì)接觸的部位采用q235a鋼制作,然后將它們焊接起來,整個(gè)結(jié)構(gòu)起到了耐腐蝕作用。

分析了工具鋼/q235碳鋼復(fù)合板在爆炸焊接中易產(chǎn)生裂紋以及四個(gè)周邊不易焊接的原因。通過對復(fù)合板結(jié)合界面波大小及其抗剪強(qiáng)度分布規(guī)律的測試和研究,發(fā)現(xiàn)炸藥爆速、界面波以及抗剪強(qiáng)度三者之間存在著一定關(guān)聯(lián),并指出近似于直接結(jié)合(也可稱細(xì)波結(jié)合)的界面不僅結(jié)合強(qiáng)度滿足要求,而且爆炸加載也較小,是最為理想的結(jié)合。在試驗(yàn)及分析的基礎(chǔ)上對36塊0.5～1.5m2的t10/q235成品復(fù)合板進(jìn)行爆炸焊接,其焊合率大于98%且無裂紋,抗剪強(qiáng)度及抗彎曲性能均滿足使用要求。

主要研究q235鋼與1cr18ni9ti不銹鋼焊接中存在的焊縫金屬化學(xué)成分不均勻和熔合區(qū)塑性降低(脆性層)這兩個(gè)問題。采用焊條電弧焊進(jìn)行焊接,然后對焊接接頭進(jìn)行宏觀和微觀研究。實(shí)驗(yàn)表明,制定合理的焊接工藝,可以在一定程度上控制熱影響區(qū)晶粒的長大趨勢,從而提高q235和1ci18ni9ti異種鋼的焊接性。

0cr18ni9ti+q235不銹復(fù)合鋼板是一種新型鋼材，它是由一層較薄的不銹鋼作為復(fù)合層，和由碳鋼或低合金鋼作為基層而組成的特殊鋼板。本文主要是對該材料的焊接工藝進(jìn)行總結(jié)。

對不銹鋼復(fù)合鋼板進(jìn)行了焊接性分析、焊接工藝評定、焊接技術(shù)及工藝等應(yīng)用研究,掌握了復(fù)合鋼板的焊接技術(shù),保證了制造及安裝質(zhì)量。

針對內(nèi)復(fù)合不銹鋼焊管制造,采用4種焊接工藝對厚度為3mm+10mm的1cr18ni9ti+q235復(fù)合鋼板對接焊縫進(jìn)行了自動焊接,對焊接接頭進(jìn)行顯微組織分析、拉伸、內(nèi)外彎曲、沖擊試驗(yàn)、電化學(xué)和晶間腐蝕試驗(yàn).結(jié)果表明,采用tig焊焊接復(fù)層,復(fù)層焊縫顯微組織為奧氏體加少量鐵素體,在1mol/l的鹽酸溶液中進(jìn)行電化學(xué)腐蝕試驗(yàn),其抗電化學(xué)腐蝕性能與母材復(fù)層相近,無晶間腐蝕現(xiàn)象.基體采用tig焊的焊接接頭,基體焊縫組織為較高強(qiáng)韌性的板條狀馬氏體,滿足力學(xué)性能要求.而基體采用saw焊的焊接接頭,基體焊縫力學(xué)性能和復(fù)層焊縫抗腐蝕性能均不能滿足要求.

用爆炸焊接法制備了ta2/q235鋼復(fù)合板,用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡分析了復(fù)合板末端開裂的原因。結(jié)果表明:在末端開裂區(qū)域的結(jié)合面形成了過渡層,開裂裂紋出現(xiàn)在結(jié)合界面和q235鋼基體內(nèi)部;爆炸焊接后在鈦板兩側(cè)和末端出現(xiàn)延展變形,延展部分超出鈦板原始尺寸5～8mm;爆炸焊接時(shí)鈦板軟化是末端開裂的內(nèi)因,復(fù)合板末端拉應(yīng)力波是末端開裂的外因。

雙相不銹鋼復(fù)合板的焊接性能對于使用尤為關(guān)鍵，而與日常單一金屬材料的焊接不同在于增加一個(gè)過渡層。通過對復(fù)層、基層、過渡層焊接性能以及遇到的情況進(jìn)行分析，對該鋼種復(fù)合板在實(shí)際施焊操作中有一定的指導(dǎo)意義。

通過不同的手工電弧焊焊接工藝修補(bǔ)不銹鋼復(fù)合板復(fù)層缺陷,并對修復(fù)的復(fù)合板進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能、顯微硬度、金相組織、能譜等檢測分析,結(jié)果表明,過渡層用309焊條、復(fù)層用308焊條、分兩層修補(bǔ)的焊接工藝二修復(fù)的缺陷區(qū),其力學(xué)性能及耐腐蝕性能滿足復(fù)合板母材性能要求。

在gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上對q235鋼與ta1進(jìn)行復(fù)合試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過sem、能譜分析、x射線衍射和電子萬能試驗(yàn)機(jī)等測試方法對ta1/q235鋼軋制復(fù)合板界面元素?cái)U(kuò)散、相結(jié)構(gòu)以及結(jié)合強(qiáng)度、各組元變形規(guī)律等進(jìn)行了分析,研究結(jié)果表明,ta1/q235鋼復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為動態(tài)再結(jié)晶型,隨著總壓下率的增大,q235鋼與ta1的變形程度差別減小。在高溫復(fù)合時(shí),鈦與鋼中的鐵元素發(fā)生了互擴(kuò)散,有一定的擴(kuò)散層,鈦元素相對于鐵元素?cái)U(kuò)散更為活躍,擴(kuò)散量也比較大。在一定溫度和變形量下,結(jié)合界面生成了金屬間化合物,生成的金屬間化合物主要有tic、feti、fe2ti。850℃時(shí),主要生成tic,也有少量fe2ti。900℃時(shí),界面生成的化合物主要是fe2ti。

將淬火后的q235鋼進(jìn)行多道次大壓下量(累積壓下量達(dá)94%)冷軋制備出超高強(qiáng)度內(nèi)生復(fù)合板,采用透射電鏡及x射線衍射儀研究了該內(nèi)生復(fù)合板的顯微形貌。結(jié)果表明,制備出的內(nèi)生復(fù)合板抗拉強(qiáng)度高達(dá)2112mpa,顯微組織呈現(xiàn)層片狀特征。

鉻鎳奧氏體不銹鋼因其焊接性良好,在石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,但因其材料本身的價(jià)格昂貴且機(jī)械強(qiáng)度較低,已逐漸被不銹鋼復(fù)合鋼板所取代,本文對不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接工藝作了較詳細(xì)的說明。

分析了0cr13ni5mo/q345c馬氏體不銹鋼復(fù)合板的焊接性。通過抗裂性試驗(yàn)、復(fù)合板補(bǔ)焊及復(fù)合板對接焊、焊接工藝評定,提出了該復(fù)合板配套的焊接材料及可行的焊接工藝,按此工藝焊接的0cr13ni5mo/q345c復(fù)合鋼板接頭的力學(xué)性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。

針對油田對集輸管線用板材較高抗腐蝕性的要求,采用爆炸焊接技術(shù),對2205雙相不銹鋼與碳鋼q235進(jìn)行爆炸焊接,研制出了10000mm(長)×1400mm(寬)×14mm(厚)大面積雙相不銹鋼復(fù)合板材,其中不銹鋼層厚度為2mm。檢測結(jié)果表明:復(fù)合板材的剪切強(qiáng)度及其他力學(xué)性能均達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)要求;hic試驗(yàn)和sscc試驗(yàn)加載為72%rt0.5時(shí)均未出現(xiàn)任何裂紋;在h2s,co2,cl-共存的氣相腐蝕介質(zhì)中,試樣蝕速率為0.045mm/a;兩種材料的復(fù)合界面sem觀察及元素分析表明,2205雙相不銹鋼與q235完全實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合。

蘭州石化分公司180萬t/a催化汽油加氫裝置中的反應(yīng)產(chǎn)物熱交換器主體材料為14cr1mor+0cr18ni10ti,詳細(xì)分析了14cr1mor+0cr18ni10ti復(fù)合鋼板的焊接性能,制定了合理的焊接工藝和熱處理工藝,明確了焊接工藝參數(shù)、焊接坡口、焊接順序和焊接注意事項(xiàng),保證了反應(yīng)產(chǎn)物熱交換器制造質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

研究了16mnr/0cr18ni9復(fù)合鋼板在承受拉伸載荷時(shí)的損傷與斷裂行為。給出了損傷類型、階段和恒載等關(guān)鍵聲發(fā)射特性,發(fā)現(xiàn)了不同損傷類型表現(xiàn)出不同的聲發(fā)射特性。損傷與斷裂的不同階段,可用聲發(fā)射信號的幾種關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行區(qū)分。

復(fù)合不銹鋼以其良好的使用性和經(jīng)濟(jì)性被廣泛應(yīng)用于煉油和石化裝置防腐耐高溫壓力容器和管道中。分析了復(fù)合不銹鋼板其中一種00cr18ni5mo3si2+q235的焊接性能,進(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn),制定了合理的焊接工藝措施,在實(shí)踐中取得了良好的效果

基于ansys有限元平臺,建立了1cr18ni9ti不銹鋼低功率激光-雙面tig復(fù)合焊有限元預(yù)測模型,模擬分析了低功率激光-雙面tig復(fù)合焊熱循環(huán)規(guī)律和熔池形貌;并實(shí)際搭建了低功率激光-雙面tig復(fù)合焊系統(tǒng),對模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析。研究發(fā)現(xiàn)模擬溫度曲線和實(shí)測溫度曲線、模擬焊接熔合線和實(shí)際焊縫形貌吻合良好。

1cr18ni9ti和0cr18ni9均屬于18-8系列不銹鋼種類，其區(qū)別主要 是含碳量的多少和是否含有鈦。它們的機(jī)械性能基本上無太大的差異。 在不銹鋼品種生產(chǎn)的初期，受冶煉技術(shù)的限制，無法將不銹鋼中的含 碳量降下來，因此在其中加入少量的鈦以提高它的耐腐蝕能力。隨著 技術(shù)的進(jìn)步，低碳和超低碳的不銹鋼的生產(chǎn)已不在是問題，所以， 0cr18ni9得應(yīng)用越來越廣泛，而1cr18ni9ti則淪為限制生產(chǎn)和不推 薦使用的品種。但這并不是說1cr18ni9ti就一點(diǎn)用處也沒有了。國 外有一種不銹鋼牌號叫321h，它與1cr18ni9ti的化學(xué)成分基本相當(dāng)， 生產(chǎn)此牌號的不銹鋼的目的是提高改善321不銹鋼的高溫性能。 0cr18ni9就是美標(biāo)的304，是最常用的不銹鋼。 304l是超低碳不銹鋼，耐腐蝕性質(zhì)更好， 304h含碳量高些，高溫強(qiáng)度好。 321的材料已經(jīng)很