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310S不銹鋼管焊接接頭的組織和性能
發(fā)布者:不銹鋼管廠(chǎng)(www.freedatinginperth.com) 發(fā)布時(shí)間:2020/4/23 閱讀:3705

 浙江宏盛特鋼有限公司通過(guò)拉伸和維氏硬度測試以及金相分析,對8mm厚的310S不銹鋼管焊接接頭的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行研究。結果表明:采用準2.5mmH0Cr26Ni21焊絲進(jìn)行TIG打底焊、準4mmA402焊條進(jìn)行SWAW填充焊和蓋面焊的焊接接頭性能良好,焊縫區和熱影響區硬度都略高于母材;焊縫組織為奧氏體+少量鐵素體組織,熱影響區為粗大奧氏體組織;拉伸斷裂于母材區域,為韌性斷裂;并且焊接接頭的抗拉強度高于母材抗拉強度,能達到560MPa。


 310S不銹鋼管因鉻、鎳的含量較高,具有良好的耐氧化、耐腐蝕性、耐高溫性和高的蠕變強度,常用來(lái)制造在腐蝕性強、溫度高條件下工作的管道、閥體、燃氣輪機葉片等零部件。但其焊接接頭容易產(chǎn)生熱裂紋、氣孔、晶間腐蝕等[2]問(wèn)題。本文采用TIG和SMAW兩種焊接方法對310S不銹鋼管進(jìn)行焊接,通過(guò)工藝試驗、拉伸、硬度等力學(xué)試驗和顯微組織分析等手段研究了其焊接接頭的組織和力學(xué)性能,為材料的實(shí)際生產(chǎn)應用提供理論依據。

 


一、試驗材料與方法

 母材為310S不銹鋼管,供貨狀態(tài)為固溶處理態(tài),尺寸為內壁準100mm、管長(cháng)150mm、壁厚8mm。焊管機械加工60°V形坡口,清理坡口及附近污染物,然后用丙酮擦洗,再用清水沖凈及機械方法去除氧化膜。采用準2.5mmH0Cr26Ni21焊絲進(jìn)行TIG(WSM-400型氬弧焊機)打底焊、準4mmA402焊條進(jìn)行SWAW填充焊和蓋面焊;試件不預熱,層間需清渣處理,層間溫度不大于120℃。焊接工藝參數見(jiàn)表。

 焊后,對焊接試樣進(jìn)行宏觀(guān)檢查和采用XXG-3005型X射線(xiàn)探傷儀進(jìn)行無(wú)損探傷;拉伸實(shí)驗在WAW-300B試驗機上進(jìn)行;焊接試樣經(jīng)砂紙打磨、拋光和稀釋的王水溶液(HCl:HNO3:H2O=3:1:2)腐蝕后,采用ZEISSAxioLabAlMat型光學(xué)顯微鏡觀(guān)察接頭顯微組織,用401MVDTM數顯顯微硬度計測試其硬度;用TescanVEGAII-LMH型掃描電鏡觀(guān)察斷口形貌。

 

二、試驗結果及討論

1. 焊縫外觀(guān)與無(wú)損檢測

 宏觀(guān)檢查,焊縫成型良好,無(wú)咬邊、表面氣孔、裂紋、燒穿、焊瘤和弧坑等缺陷。用X射線(xiàn)進(jìn)行檢測,焊縫質(zhì)量符合JB/T4730.2-2005的Ⅱ級標準。

 

2. 焊接接頭的顯微硬度

  焊接接頭的顯微硬度分布如圖所示?梢(jiàn),焊縫區顯微硬度最高,熱影響區硬度略高于母材。這主要由于焊絲和焊條的碳、錳、硅等元素含量均高于母材,使得焊縫組織中生成的鐵素體含量增加,而鐵素體屬于脆性相,熱影響區硬度略低于焊縫主要由于受熱作用晶粒粗大的緣故;而硬度值又高于母材硬度值可能由于溶質(zhì)原子的擴散。

 

3. 焊接接頭的顯微組織

  圖為焊接接頭的顯微組織。手工TIG打底的焊縫中部組織基本上傾向于胞狀組織,這主要由于保護氣體的冷卻作用,溫度梯度較大,雖受到下道焊縫熱循環(huán)的作用,最終仍得到胞狀組織,而采用SMAW填充得到的焊縫中部組織傾向于柱狀枝晶,這主要是由于310S不銹鋼管導熱系數小,線(xiàn)膨脹系數大,焊縫易得到沿熱流方向外延生長(cháng)的柱狀晶組織;又因焊縫金屬的合金成分較復雜,而焊接凝固過(guò)程中的成分過(guò)冷,δ鐵素體主要分布在樹(shù)枝狀奧氏體基體的枝晶間;熱影響區組織亦為奧氏體,但由于過(guò)熱和再結晶等原因其晶粒較粗大,母材區組織為奧氏體。因此,焊縫組織主要由胞狀和樹(shù)枝狀組成的奧氏體和少量鐵素體組織。焊縫金屬中少量的δ鐵素體,既能提高焊縫的抗熱裂性,又能保持較好的耐腐蝕性能。焊縫金屬結晶以?shī)W氏體開(kāi)始,由于鉻等鐵素體形成元素的偏析[5],在奧氏體晶粒邊界生成共晶鐵素體,冷卻到室溫得到的是晶粒中心為奧氏體,而晶粒邊界為分散的球狀或棒狀的共晶鐵素體。

 

4. 拉伸性能與斷口形貌

   根本拉伸試驗結果可知,3組拉伸試樣全部斷裂于母材基體上;焊接接頭抗拉強度值高于母材抗拉強度值520MPa,說(shuō)明在上述工藝條件下焊接接頭具有良好的拉伸性能。拉伸斷口具有大而深的韌窩和撕裂棱,表明斷口處材料塑性良好,為韌窩斷裂。

 


三、結論

 1. 采用上述焊接工藝、選用準2.5mmH0Cr26Ni21焊絲和準4mm A402焊條對310S不銹鋼管焊接得到的焊縫未發(fā)現裂紋、氣孔等缺陷,焊接性能良好;焊接接頭的強度較高,拉伸試驗斷裂部位在母材;焊縫區和熱影響區硬度都略高于母材。焊接接頭力學(xué)性能良好,符合相關(guān)規范要求。

 2. 焊縫區的顯微組織為胞狀和樹(shù)枝狀組成的奧氏體和少量鐵素體組織。熱影響區的顯微組織仍為奧氏體,但由于過(guò)熱和再結晶等原因其晶粒較粗大;拉伸斷裂于母材基體上,為韌性斷裂。

 

 
 

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