專利名稱：一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接工藝技術(shù)，更具體地說，涉及一種能夠提高焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法。
背景技術(shù)：
304L是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能(耐腐蝕和成型性)的設(shè)備和機(jī)件，例如流體管道、鍋爐過熱器、熱交換器、冷凝器、催化管等。在眾多的工業(yè)用途中，不銹鋼都能提供今人滿意的耐蝕性能。根據(jù)使用的經(jīng)驗來看，除機(jī)械失效外， 不銹鋼的腐蝕主要表現(xiàn)在局部腐蝕(亦即應(yīng)力腐蝕開裂、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕)。這些局部腐蝕所導(dǎo)致的失效事例幾乎占失效事例的一半以上。應(yīng)力腐蝕開裂是指承受應(yīng)力的合金在腐蝕性環(huán)境中由于裂紋的擴(kuò)展而互生失效的一種通用術(shù)語。應(yīng)力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌，但它也可能發(fā)生于韌性高的材料中。 發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應(yīng)力(不論是殘余應(yīng)力還是外加應(yīng)力，或者兩者兼而有之)和特定的腐蝕介質(zhì)存在。裂紋的形成和擴(kuò)展大致與拉應(yīng)力方向垂直。這個導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力值，要比沒有腐蝕介質(zhì)存在時材料斷裂所需要的應(yīng)力值小得多。在微觀上，穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋，而沿晶界擴(kuò)展的裂紋稱為沿晶裂紋，當(dāng)應(yīng)力腐蝕開裂擴(kuò)展至其一深度時(此處，承受載荷的材料斷面上的應(yīng)力達(dá)到它在空氣中的斷裂應(yīng)力)，則材料就按正常的裂紋(在韌性材料中，通常是通過顯微缺陷的聚合)而斷開。304L不銹鋼管主要采用焊接技術(shù)進(jìn)行連接，不銹鋼在焊接過程中承受熱循環(huán)，在 450-800°C溫區(qū)內(nèi)停留時沿晶界會析出(Fe，CiO23C6碳化物，導(dǎo)致晶界附近Cr含量降低(小于12% )，該區(qū)域稱為敏化區(qū)。在敏化區(qū)內(nèi)，由于晶界上析出了 Cr23C6碳化物，導(dǎo)致在晶界附近形成貧Cr區(qū)，對晶間腐蝕非常敏感，易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。由于焊接過程的熱收縮作用， 在鋼管內(nèi)表面的焊縫焊根處通常存在較高值的殘余拉伸應(yīng)力，使得焊接接頭更容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，對于大壁厚不銹鋼管道，通常采用的方法是局部熱處理，但是這種方法只能將殘余拉伸應(yīng)力降低，并不能完全避免應(yīng)力腐蝕開裂，并且增加了額外的工作量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的焊接工藝方法，通過調(diào)整不銹鋼管內(nèi)壁環(huán)焊縫焊根部位的應(yīng)力狀態(tài)，減小拉伸殘余應(yīng)力，甚至變?yōu)閴嚎s殘余應(yīng)力， 從而改善焊根部位的抗應(yīng)力腐蝕性能。為了解決上述技術(shù)問題，實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)在焊接不銹鋼管時，前半段采用通常的不銹鋼焊絲，而后半段使用低相變點(diǎn)實芯焊絲代替原有不銹鋼焊絲，利用低相變點(diǎn)實芯焊絲的低溫相變膨脹作用，使得不銹鋼管內(nèi)壁焊根部位產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，其原理示意如附圖I所示。
具體來說不銹鋼管的打底焊和前半段填充焊使用常規(guī)的不銹鋼焊絲，其焊接的焊縫占整個焊縫厚度的1/3 2/3，其焊絲選用不銹鋼管焊接使用的常規(guī)實芯焊絲，例如 308L實芯焊絲，其合金成分重量百分比(％ )為C = O. 001、S = O. 020、Si = O. 40、Mn = I. 7、P = O. 025、Ni = 9. 9、Cr = 20. 5、Mo = O. 047，其余為鐵；在后半段填充焊和蓋面焊中使用低相變點(diǎn)實芯焊絲，其焊接的焊縫占整個焊縫厚度的2/3 1/3，其焊絲選用低相變點(diǎn)實芯焊絲，其所述焊絲組分及重量百分比(％ )為C = O. 02 O. 06，Mn = O. 8 2. 5， Cr = 9 14，Ni = 4. O 10. 0，Mo = O. I I. 0，Si = O. I O. 7，Ti = O. I O. 6，Nb =
O.I O. 6，其余為鐵；更加優(yōu)選為C = O. 02 O. 06、Mn = I. O I. 5、Cr = 11 13、Ni =7. O 9. O、Mo = O. 2 O. 5、Si = O. 2 O. 5、Ti = O. 15 O. 3、Nb = O. 15 O. 3 其余為鐵。所述的不銹鋼管的焊接工藝方法中焊接坡口角度為10-15°，錯口值小于1mm。所述的不銹鋼管的焊接工藝方法，焊接時采用直流正接，焊接電流為80 100A， 選用焊嘴直徑為12mm，鎢棒直徑為2. 5mm，焊槍氬氣流量為9 10L/min。所述的不銹鋼管的焊接工藝方法層間溫度150°C 200°C。本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)步效果表現(xiàn)在，使用常規(guī)實芯焊絲進(jìn)行打底焊和前半段的焊接， 使得鋼管與腐蝕介質(zhì)相接觸的內(nèi)壁焊縫具有與常規(guī)焊接方法相同的合金成分，可以有效的防止點(diǎn)蝕、晶間腐蝕等腐蝕破壞；與通常所使用的焊接工藝方法相比，焊縫的后半段采用低相變點(diǎn)實芯焊絲，利用其低溫相變膨脹作用，可以取代常規(guī)焊接工藝在焊根部位形成的拉伸殘余應(yīng)力，在鋼管內(nèi)壁的焊部根位形成壓縮應(yīng)力，從而提高其抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力。


圖I是低相變點(diǎn)實芯焊絲在焊根部位產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的示意2是焊接坡口的形狀示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合本發(fā)明的304L不銹鋼管的焊接工藝方法的具體焊接實例和附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
。I、機(jī)具和焊接材料(I)焊接設(shè)備應(yīng)選用特性良好的逆變式焊機(jī)(2)焊絲使用前應(yīng)保證其表面無油、垢等贓物。2、焊前準(zhǔn)備(I)坡口制備①坡口形狀及尺寸見圖2，其中H為16mm，h為1mm，L為3mm，α為15°。②坡口制備以機(jī)械加工的方式。③坡口及內(nèi)外壁兩側(cè)10_15mm范圍內(nèi)銹、油、垢等污物清理干凈，露出金屬光澤。(2)對口裝配①焊口錯口值小于1mm，對口間隙及鈍邊尺寸如圖2所示。②對口點(diǎn)固焊的焊材和焊接工藝與正式焊接時相同。3、焊接工藝
(I)采用鎢極氬弧焊的方法，308L實芯焊絲打底和前半段填充焊接，低相變點(diǎn)實芯焊絲后半段填充和蓋面焊接參數(shù)見表I表I焊接工藝參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法，其特征在于，在焊接不銹鋼管時，前半段采用通常的不銹鋼焊絲，而后半段使用低相變點(diǎn)實芯焊絲代替原有不銹鋼焊絲，利用低相變點(diǎn)實芯焊絲的低溫相變膨脹作用，使得不銹鋼管內(nèi)壁焊根部位產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法，其特征在于，在焊接不銹鋼管時，前半段為不銹鋼管的打底焊和前半段填充焊，其焊絲選用不銹鋼管焊接使用的常規(guī)實芯焊絲，焊接的焊縫占整個焊縫厚度的1/3 2/3 ;后半段為后半段填充焊和蓋面焊，焊接的焊縫占整個焊縫厚度的2/3 1/3，其焊絲選用低相變點(diǎn)實芯焊絲，所述焊絲組分及重量百分比(％ ) :C為O. 02 O. 06，Mn為O. 8 2. 5，Cr 為 9 14，Ni 為 4. O 10. 0，Mo 為 O. I I. 0，Si 為 O. I O. 7，Ti 為 O. I O. 6，Nb 為 O. I O. 6，其余為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法，其特征在于，所述焊接后半段的焊絲選用低相變點(diǎn)實芯焊絲，所述焊絲組分及重量百分比(0A) :C 為 O. 02 O. 06，Mn 為 I. O I. 5，Cr 為 11 13，Ni 為 7. O 9. O, Mo 為O.2 O. 5，Si 為 O. 2 O. 5，Ti 為 O. 15 O. 3，Nb 為 O. 15 O. 3，其余為鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法，其特征在于，所述焊接前半段的焊絲選用308L實芯焊絲，其合金成分重量百分比 (% ) :C 為 O. 001，S 為 O. 020，Si 為 O. 40，Mn 為 I. 7，P 為 O. 025，Ni 為 9. 9，Cr 為 20. 5，Mo 為O. 047，其余為鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法，其特征在于，所述的不銹鋼管的焊接工藝方法中，焊接坡口角度為10-15°，錯口值小于Imm0
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法，其特征在于，所述的不銹鋼管的焊接工藝方法中，焊接時采用直流正接，焊接電流為80 100A，焊槍氬氣流量為9 10L/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法，其特征在于，所述的不銹鋼管的焊接工藝方法中，層間溫度為150°C 200°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高不銹鋼管內(nèi)壁焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的焊接工藝方法，在焊接不銹鋼管時，前半段采用通常的不銹鋼焊絲，而后半段使用低相變點(diǎn)實芯焊絲代替原有不銹鋼焊絲，利用低相變點(diǎn)實芯焊絲的低溫相變膨脹作用，使得不銹鋼管內(nèi)壁焊根部位產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。本發(fā)明的技術(shù)方案既可使得鋼管與腐蝕介質(zhì)相接觸的內(nèi)壁焊縫具有與常規(guī)焊接方法相同的合金成分，又可在鋼管內(nèi)壁的焊部根位形成壓縮應(yīng)力，從而提高其抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力。
文檔編號B23K9/167GK102581448SQ20121002238
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者徐連勇, 荊洪陽, 趙森, 韓永典 申請人:天津大學(xué)