耐热不锈钢

您的当前位置:网站首页 > 耐热不锈钢 > 310S耐热不锈钢TIG焊接接头组织与力学性能研究

310S耐热不锈钢TIG焊接接头组织与力学性能研究

来源:至德钢业 日期:2021-01-20 01:07:05 人气:504

 浙江至德钢业有限公司采用钨极氩弧焊焊接方法,以不同的焊接工艺方案对310S奥氏体耐热不锈钢进行焊接试验。焊接试验完成以后观察焊缝成形的外观质量,采用金相显微镜对焊接接头进行显微组织观察分析,并进行力学性能测试.结果表明:在焊接电流I=140A、焊接速度V=0.32m/min的焊接工艺方案下,焊缝外观质量优良,焊接接头的组织和性能是最优的.在该焊接工艺方案下,焊缝区的晶粒组织细小均匀,拉伸试验的断裂位置在母材区域,并且焊接接头的抗拉强度为481MPa,能达到母材抗拉强度的91%以上。


 奥氏体耐热不锈钢具有高的热强性、很高的耐腐蚀性及良好的综合机械性能,被广泛用于制造锅炉过热器管、主蒸汽管道、阀体、燃气轮机叶片及其他高温抗氧化结构部件.奥氏体耐热不锈钢的焊接不仅要考虑焊接接头的一般强度问题,而且还要考虑奥氏体钢的裂纹倾向;更重要的还要保证焊接接头具有特殊性能,如抗晶间腐蚀能力,高温强度及抗氧化性能等,同时还要解决其在高温下长时间工作的一系列脆化等问题。奥氏体耐热不锈钢的金相组织一般是单一的奥氏体组织,比较容易获得连续完整的焊接接头,但如果焊接工艺设计不合理,焊接接头容易出现热裂纹、铬的碳化物析出、接头脆化等许多问题,使焊接接头使用性能达不到要求。氩弧焊保护效果好,合金过渡系数高,焊缝成分均匀且稳定;同时,氩弧焊的电弧热量集中,又有氩气对工件的冷却作用,因此焊接线能量小,焊接接头的热影响区较小,所以氩弧焊是焊接奥氏体耐热不锈钢的最佳方法之一。通过本次焊接试验,摸索出310S奥氏体耐热不锈钢钨极氩弧焊较为理想的焊接工艺,并探讨出310S奥氏体耐热不锈钢焊缝组织演变规律,为生产实践提供理论技术支持。


一、试验


 1. 试验材料


  焊接材料为310S奥氏体耐热不锈钢,试样尺寸为100 mm×80 mm×3 mm,材料化学成分见表。


 2. 焊接工艺


 采用钨极氩弧焊直流正接的焊接方法,接头形式为不开坡口的平板对接接头。焊接电流在100 A~140 A范围内调节,焊接速度在0.26m/min~0.36m/min范围内调节,送丝速度为0.32m/min.焊接前用丙酮擦拭试板,以去除试板表面的油污、灰尘、锈迹等;采用米勒Dynasty350氩弧焊机进行焊接试验,具体工艺方案见表。焊接试验完成以后,观察焊缝成形形貌,在万能试验机上对接头进行拉伸试验;对焊接接头区域进行取样、镶样、磨样、腐蚀、照取金相照片进行金相分析;腐蚀液采用王水(浓盐酸:浓硝酸(体积比)=1∶3),在常温下腐蚀8分钟;采用Leica DMI3000M型光学显微镜观察焊接接头金相显微组织;综合测试分析结果,探讨接头显微组织形成机理,确定最佳焊接工艺。


二、结果分析与讨论


 1. 接头形貌


 焊接后经初步观察焊接电流I=140A的条件下焊缝缺陷较少,基本没有出现大范围的未焊透、焊穿等现象,而电流为其它数值时焊出的试样有未焊透、焊穿等缺陷;电流为140A和130A时,焊缝形貌如图中所示.由此确定出理想的焊接电流大小为I=140 A.


 2. 接头显微组织


 图可知焊缝中心区域的组织为胞状枝晶状奥氏体组织.焊缝的室温组织主要由材料的成分和焊接工艺决定,焊接材料为2520不锈钢,由铬当量与镍当量的比值来确定焊缝的凝固模式并最终确定焊缝的室温组织。Cr当量=Cr%+1.37Mo%+1.5Si%+2Nb%+3Ti%、  Ni当量=Ni%+22C%+14.2N%+0.31Mn%+Cu% 。铬当量和镍当量的比值为1.18,则焊缝的凝固模式为:L→L+γ→γ,直接从液态熔池中析出γ相,并且γ相保留到室温,属于纯奥氏体焊缝组织.焊接线能量的计算公式q=IU/V 。4#焊接工艺的线输入为4.02kJ/cm,线能量输入较大时熔体在较高温度下存在的时间比较长,焊缝中心区枝晶状较为明显且粗大,影响其力学性能.根据图,凝固模式为:L→L+γ→γ,焊缝室温组织为奥氏体组织,且呈胞状树枝状分布,晶粒相对细小;是因为焊接线能量为3.70kJ/cm,相对较小,焊缝中心区温度梯度较小,结晶速度较快,易形成细小的胞状树枝晶.根据图,凝固模式为:L→L+γ→γ,焊缝组织为奥氏体组织,且呈胞状树枝状分布,焊接线能量为3.13kJ/cm,所得晶粒尺寸更为细小.但是组织中有明显的气孔缺陷,这与焊接速度较快有关;焊接速度较快,焊接过程中熔池中的气体未能及时逸出而残留在焊缝中,造成焊缝有气孔缺陷。根据图,焊缝组织为明显的枝晶状奥氏体组织,且组织的晶粒尺寸较为粗大,焊接线能量输入为 4.49kJ/cm,线能量输入较大,焊缝中心区的熔体高温保留的时间较长,促使枝晶状组织较快的生长,最终焊缝晶粒尺寸较大,影响焊接接头的力学性能.根据图,焊缝组织为明显的枝晶状奥氏体组织,组织的晶粒尺寸较13#焊缝的晶粒尺寸较小,但焊缝为枝晶状组织,焊缝区力学性能欠佳。


 3. 接头力学性能


 按国家标准GB6397—1986《金属拉伸试验试样》和GB2651—1981《焊接接头拉伸试验方法》将焊接接头试样加工成标准的拉伸试样,进行拉伸试验.拉伸试验结果见表。由该表分析可知:8#,12#焊接接头的抗拉强度和屈服强度比较高,并且抗拉强度达到了母材抗拉强度的91%以上.焊接接头的力学性能与焊接输入的电流、电压、焊接速度以及焊接接头的显微组织有关;8#,12#焊缝组织为胞状树枝晶且晶粒较为细小,最后表现出的力学性能较为优良;4#显微组织为胞状枝晶状但较为粗大,13#,14#焊缝显微组织为树枝状结构且晶粒尺寸较为粗大,最后表现出的力学性能欠佳.由于12#焊缝组织出现了气孔缺陷,影响工件焊后使用性能,最终确定最佳焊接工艺为8#焊接工艺,焊接电流I=140 A、焊接速度V=0.32m/min.


三、结论


 1. 310S奥氏体耐热不锈钢钨极氩弧焊的最佳焊接工艺为焊接电流I=140A、焊接速度V=0.32m/min,在该工艺下焊缝成形良好,焊接接头组织细小,力学性能优良。


 2. 奥氏体钢焊缝组织主要由材料成分来决定,310S奥氏体耐热不锈钢的焊缝组织演变规律为L→L+γ→γ,最后形成纯奥氏体焊缝。


 3. 焊接线能量输入的大小将影响焊缝组织形态和晶粒尺寸的大小,焊接线能量越大310S不锈钢焊缝越易形成枝晶状组织,且枝晶尺寸越大,接头区的力学性能越差。



本文标签:耐热不锈钢 

发表评论:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。

北京 天津 河北 山西 内蒙 辽宁 吉林 黑龙江 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江西 山东 河南 湖北 湖南 广东 广西 海南 重庆 四川 贵州 云南 西藏 陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆 台湾 香港 澳门