有關超級奧氏體不銹鋼904L的焊接
2016-05-30 18:20:03 點擊：
1.前言
904L是為解決硫酸的腐蝕而開發應用的超級奧氏體不銹鋼，其耐常壓下任何濃度、任何溫度醋酸的腐蝕，具有優良的耐晶間腐蝕和應力腐蝕能力，其化學成分介于普通奧氏體不銹鋼與鎳基合金之間，Mo、Cu等合金元素含量較高。為掌握904L的焊接性能，我們對這種材料進行了多次焊接工藝試驗，最終確定了合理的焊接工藝參數，并在裝置檢修中得到了成功應用。
2 904L的焊接特點
2．1 具有良好的耐晶間腐蝕能力
根據“晶間貧鉻”理論，當奧氏體不銹鋼的碳含量高于0．08％時，在加熱過程中，過飽和的碳能以Cr23C6 的形式沿晶界析出，很容易造成晶間貧鉻，從而降低奧氏體不銹鋼的耐晶問腐蝕能力；但當奧氏體不銹鋼的碳含量低于0．02％一0．03％時，則碳全部溶解在奧氏體中，即使在450—850℃之間加熱，晶界也不會形成“貧鉻區”而引起晶間腐蝕。由于超級奧氏體不銹鋼904L的碳含量小于0．03％，在焊接時采用較小的焊接熱輸入，加快冷卻速度，與腐蝕介質接觸的焊縫最后焊接，基本可以消除晶間腐蝕現象。
2．2 具有較高的熱裂紋敏感性
與其他不銹鋼相比，奧氏體不銹鋼焊接時有較大的熱裂紋敏感性，主要與以下幾個特點有關：第一，奧氏體不銹鋼的導熱系數小，線膨脹系數大，在焊接局部加熱和冷卻條件下，焊接接頭部位的高溫停留時間較長，焊縫金屬及近縫區在高溫時承受較高的拉伸應力與拉伸應變，在冷卻過程中可形成較大的拉應力，焊縫金屬凝固期問存在較大拉應力是產生凝固裂紋的必要條件；第二，奧氏體不銹鋼易形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，一些有害雜質元素易在晶間形成低熔點的液態膜，從而產生焊縫凝固裂紋。為了防止奧氏體不銹鋼焊縫中產生熱裂紋，可采取以下措施：①嚴格控制材料中硫、磷等有害雜質的含量；②采用能夠形成焊縫雙相組織的焊絲，從而打亂奧氏體柱狀晶的方向性，減少了晶間低熔點共晶的偏析量；③采用低線能量、窄焊道技術，提高熔池的冷卻速度。
2．3 具有一定的應力腐蝕開裂傾向
奧氏體不銹鋼由于導熱性差和線膨脹系數大，焊接時會產生較大的焊接拉伸應力，而拉伸應力的存在是應力腐蝕開裂不可缺少的重要條件，在腐蝕介質的作用下，904L的焊接接頭有一定的應力腐蝕開裂傾向。有關試驗表明，焊接接頭過熱區對應力腐蝕開裂最為敏感。
3 904L的焊接工藝
3．1 焊接方法
904L焊接通常采用鎢極氬弧焊，電弧能量大，熱量集中；而且有氬氣流的冷卻作用，熱影響區小，有利于提高焊接接頭的抗晶間腐蝕能力，同時焊接質量穩定，焊縫成型好，且無飛濺和熔渣。
3．2 焊接清理與焊接保護
焊接時應注意以下幾點：①母材表面和焊絲表面必須清潔，防止污染物熔人焊縫；②高溫熔池和高溫焊道必須得到氬氣的有效保護，防止焊縫金屬的氧化。施焊前，我們對試件的坡口兩側2O～30 mm范圍內均用砂輪機進行清理，并用丙酮對坡口及焊絲進行擦洗，以去除其表面的雜質及氧化膜等。為保證焊縫背面得到充分的保護，可以采用6 2鋁板制作了專用背面保護裝置。
3．3 注意事項
焊接時應采用小電流、低電壓、窄焊道，快速焊；打底焊時為保證與根部熔合良好，焊縫不能太厚，收弧時要成緩坡形；熄弧時應填滿弧坑，如出現收縮孔或弧坑裂紋，必須用磨光機磨掉重焊；因904L熱裂紋敏感性較強，多層焊接時必須控制其層問溫度不得大于6O℃ 。為加快焊縫的冷卻速度，焊后可采用水進行強制冷卻。
3．4 焊縫檢驗
焊接完畢后，我們依據JB4708(鋼制壓力容器焊接工藝評定》的規定對試件進行了檢驗。焊縫表面無氣孔、焊瘤、凹陷、咬邊等缺陷，焊波均勻，焊縫金屬與母材過渡圓滑，對焊接試驗試件進行100％RT檢驗，結果符合JB4730(壓力容器無損檢測》標準的Ⅱ級要求，未發現未熔合、裂紋等缺陷。對試件進行拉伸試驗及面彎、背彎試驗結果均符合性能要求。
4 應用效果
2005年10月，在某廠化工車間溶劑脫水塔BT403檢修過程中，車間人員發現該設備材質為904L的人口分配管焊縫發生嚴重腐蝕，需進行修復。我們依據上述工藝參數對接管進行了焊接修復，使用效果良好，該設備運行至今未發生腐蝕現象。
904L是為解決硫酸的腐蝕而開發應用的超級奧氏體不銹鋼，其耐常壓下任何濃度、任何溫度醋酸的腐蝕，具有優良的耐晶間腐蝕和應力腐蝕能力，其化學成分介于普通奧氏體不銹鋼與鎳基合金之間，Mo、Cu等合金元素含量較高。為掌握904L的焊接性能，我們對這種材料進行了多次焊接工藝試驗，最終確定了合理的焊接工藝參數，并在裝置檢修中得到了成功應用。
2 904L的焊接特點
2．1 具有良好的耐晶間腐蝕能力
根據“晶間貧鉻”理論，當奧氏體不銹鋼的碳含量高于0．08％時，在加熱過程中，過飽和的碳能以Cr23C6 的形式沿晶界析出，很容易造成晶間貧鉻，從而降低奧氏體不銹鋼的耐晶問腐蝕能力；但當奧氏體不銹鋼的碳含量低于0．02％一0．03％時，則碳全部溶解在奧氏體中，即使在450—850℃之間加熱，晶界也不會形成“貧鉻區”而引起晶間腐蝕。由于超級奧氏體不銹鋼904L的碳含量小于0．03％，在焊接時采用較小的焊接熱輸入，加快冷卻速度，與腐蝕介質接觸的焊縫最后焊接，基本可以消除晶間腐蝕現象。
2．2 具有較高的熱裂紋敏感性
與其他不銹鋼相比，奧氏體不銹鋼焊接時有較大的熱裂紋敏感性，主要與以下幾個特點有關：第一，奧氏體不銹鋼的導熱系數小，線膨脹系數大，在焊接局部加熱和冷卻條件下，焊接接頭部位的高溫停留時間較長，焊縫金屬及近縫區在高溫時承受較高的拉伸應力與拉伸應變，在冷卻過程中可形成較大的拉應力，焊縫金屬凝固期問存在較大拉應力是產生凝固裂紋的必要條件；第二，奧氏體不銹鋼易形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，一些有害雜質元素易在晶間形成低熔點的液態膜，從而產生焊縫凝固裂紋。為了防止奧氏體不銹鋼焊縫中產生熱裂紋，可采取以下措施：①嚴格控制材料中硫、磷等有害雜質的含量；②采用能夠形成焊縫雙相組織的焊絲，從而打亂奧氏體柱狀晶的方向性，減少了晶間低熔點共晶的偏析量；③采用低線能量、窄焊道技術，提高熔池的冷卻速度。
2．3 具有一定的應力腐蝕開裂傾向
奧氏體不銹鋼由于導熱性差和線膨脹系數大，焊接時會產生較大的焊接拉伸應力，而拉伸應力的存在是應力腐蝕開裂不可缺少的重要條件，在腐蝕介質的作用下，904L的焊接接頭有一定的應力腐蝕開裂傾向。有關試驗表明，焊接接頭過熱區對應力腐蝕開裂最為敏感。
3 904L的焊接工藝
3．1 焊接方法
904L焊接通常采用鎢極氬弧焊，電弧能量大，熱量集中；而且有氬氣流的冷卻作用，熱影響區小，有利于提高焊接接頭的抗晶間腐蝕能力，同時焊接質量穩定，焊縫成型好，且無飛濺和熔渣。
3．2 焊接清理與焊接保護
焊接時應注意以下幾點：①母材表面和焊絲表面必須清潔，防止污染物熔人焊縫；②高溫熔池和高溫焊道必須得到氬氣的有效保護，防止焊縫金屬的氧化。施焊前，我們對試件的坡口兩側2O～30 mm范圍內均用砂輪機進行清理，并用丙酮對坡口及焊絲進行擦洗，以去除其表面的雜質及氧化膜等。為保證焊縫背面得到充分的保護，可以采用6 2鋁板制作了專用背面保護裝置。
3．3 注意事項
焊接時應采用小電流、低電壓、窄焊道，快速焊；打底焊時為保證與根部熔合良好，焊縫不能太厚，收弧時要成緩坡形；熄弧時應填滿弧坑，如出現收縮孔或弧坑裂紋，必須用磨光機磨掉重焊；因904L熱裂紋敏感性較強，多層焊接時必須控制其層問溫度不得大于6O℃ 。為加快焊縫的冷卻速度，焊后可采用水進行強制冷卻。
3．4 焊縫檢驗
焊接完畢后，我們依據JB4708(鋼制壓力容器焊接工藝評定》的規定對試件進行了檢驗。焊縫表面無氣孔、焊瘤、凹陷、咬邊等缺陷，焊波均勻，焊縫金屬與母材過渡圓滑，對焊接試驗試件進行100％RT檢驗，結果符合JB4730(壓力容器無損檢測》標準的Ⅱ級要求，未發現未熔合、裂紋等缺陷。對試件進行拉伸試驗及面彎、背彎試驗結果均符合性能要求。
4 應用效果
2005年10月，在某廠化工車間溶劑脫水塔BT403檢修過程中，車間人員發現該設備材質為904L的人口分配管焊縫發生嚴重腐蝕，需進行修復。我們依據上述工藝參數對接管進行了焊接修復，使用效果良好，該設備運行至今未發生腐蝕現象。