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ZERON100超级双相不锈钢的焊接指南

作者:管件 来源: 日期:2020/5/19 7:59:56 人气:4

由威尔公司发明和加工的Zeron100是第一代超级双相不锈钢。独特的化学成分已经显示出:使提供了最好的强度和耐蚀性的组合达到恰当的平衡点。这种钢严格控制整个制造熔化过程,通过过程控制以保证其比同样级别钢其他钢具有更好的性能。

Zeron100具有多种产品形式,大量的库存,在整个制造过程中和成功的服役中具有可跟踪的记录。

当焊接Zeron100超级不锈钢时,有几个因素必须考虑:本册子中强调了必须考虑的主要因素。特别是要在焊接状态下使用的焊缝,可以用所有普通的焊接方法进行焊接。如果焊件需要焊后热处理的话,本册的焊接原则将同样适用。

1Zeron100的焊接前准备

强烈要求在产品焊接开始之前,用于产品的WPS和相应的WPQR应被威尔公司获得并审阅;WPS应按比如ASME标准等法定的基础标准更高要求进行评定,并且应包括除机械性能、无损检测要求之外的ASTM G48 A法腐蚀试验,微观金相评估和铁素体测定等,焊工评定也应执行这些附加要求以展示焊缝区域的冶金质量也是满意的以及标准的完整性。

焊接工程师在整个生产过程中保持已评定参数被应用是相当重要的;

1.1、母材的搬运和储存

所有双相钢材料应在防止铁或非铁合金的污染条件下被搬运和储存。用不锈钢、木头,塑料或其他非金属材料作为保护膜放在储存货架,起重卡行车吊钩和起重机的吊钩上等。焊接应象推荐用于其他不锈钢焊接制造一样在无污染的制造的场地进行。仅仅已经评定的双相钢应该可以用于在腐蚀侧的临时附件材料。临时附件使用越少越好。

1.2、焊接材料的搬运和处理

ZERON100焊接材料的搬运和储存应按制造厂推荐的说明书进行,通常焊接材料应被储存在焊条库,焊材库应具有10℃以上的室温和相对湿度小于60%

开包的焊条和焊剂应依照制造厂说明书烘烤。

1.3、要被焊的材料标记

根据焊接工艺、规程和图纸检查已发放的材料和焊接材料是正确和有标示的。在需要的地方应用墨水或涂料标记笔标记材料,这些用于标记的笔必须没有氯化物、硫化物、铅锌等。

1.4、焊接工艺规程WPS

检查焊接获得了适当的WPSWPQR,列出要遵循的WPS。焊接工艺应按照推荐的最新版的MDS 12804/21,或其他相似的规范进行评定。

1.5、工具

仅仅应使用不锈钢等级的切割工具,打磨片,打磨砂轮,钢丝刷和抛光轮。避免在腐蚀面使用强力抛光,为了不玷污已经成型的焊缝以导致降低耐蚀性。

1.6、接头准备

焊接坡口应优先采用冷加工方法进行加工。当水下等离子切割被使用时,至少1mm材料表面热影响区应打磨去除。当机械加工时,应画出坡口图的详细尺寸图,让加工现场知道。推荐的单面焊接头形式在下一章被详细叙述,推荐的根部间隙、钝边尺寸和接头角度依据如下要求确定:

--最大提高生产效率

--保证根部最小的母材稀释率

--有利于控制热输入

因此,控制根部间隙被考虑是一个重要因素;组合坡口形式必须被加工使接头确保焊接可达性而最小的接头填充量达到均衡。

2、焊接材料

2.1Zeron100同种材料的焊接用焊接材料

两个等级的焊接材料可以选用于焊接ZERON100

ZERON100M级有一个与母材相匹配的化学成分,并且通常被用于要被固溶退火的接头。Zeron100X级是含有镍的过合金,并且主要用于在焊接状态服役的接头。

2. 2、异种金属焊接

双相不锈钢能和其他双相不锈钢、奥氏体不锈钢和碳钢及低合金钢进行焊接。

双相不锈钢的填充金属相对于母材具有更高的含镍量,是最普遍被用于双相不锈钢与其他双相极金属焊接的填充材料。

当与奥氏体不锈钢焊接时,具有低碳和一定钼的奥氏体填充金属将用于双相不锈钢与奥氏体不锈钢的焊接;如E309MoL/ER309Lmo;同样的填充金属或如E309L/ER309L普遍用于连接双相不锈钢和低碳钢和低合金钢接头。

3、典型的接头形式

3.1、手工焊

4详细描述的接头是用于手工GTAW的单面焊接头形式或GMAW-STT焊接方法的打底焊。其他接头,例如双面焊,与通常的不锈钢所用的接头坡口形式相似。

3.2、自动焊接

对于自动GTAW焊接方法,可以使用一个封闭的对接接头(零组对间隙)。接头设计以有利于提高填充金属到达根部焊道,并且取得足够的根部焊道厚度。特别注意确保有充分的填充金属添加。

3.3、焊接设备

用于焊接ZERON100和比其更好的不锈钢焊接生产的焊接对焊接设备没有特殊的要求。

作为用于已经复杂化的不锈钢的焊接,具有提前和滞后送气的功能输入和输出设备对于GTAW焊接制造是一个重要的要求。带脉冲的的GTAWGMAW焊接设备,由于优异的热输入控制能力,对焊接ZERON100是有利的。

具有能获得更低的线能量和高熔敷效率的新型焊接方法是特别适用于ZERON100超级双相不锈钢的焊接。例如GMAW-STTGTAW-DSP和焊接材料熔敷环的使用等高效焊接方法是近期焊接方法的发展。

3.4、接头清理

接头表面和管/容器表面接头两侧各50mm范围应用丙酮和无棉布清理并去油。打磨清理处理几乎不需要。机械方法清理应是需要的,可以使用轻微打磨或抛光。

4、焊接

4.1、接头组对

线性夹可以被用于协助接头组对.夹子可以要么在内接头或接头外。为了保证一个满意的最终根部焊道成型和焊缝质量,接头相邻的过量错边应避免。

管部件的芯杆可以用于组对,以获得要求的组对接头直线度。按照规程规定,注意避免过度减薄壁厚和在芯杆处形成锥度。

接头组对,和板预固定,必须考虑正常的变形控制技术包括反变形焊接和退步分段焊接。

4.2、点固焊接

以下几种方式可供选择:

为了保持根部间隙和接头直线度,推荐使用搭桥点固或子弹式点固。板接头必须予固定,以控制焊接变形。所有间隙中的大块应该是不锈钢,并且他们应按照WPS控制的热输入来点固焊接。

当点固焊缝将成为根部焊道的一部分时,根部点固焊道应按照批准的WPS来熔敷,并且点固焊道的两端应圆滑过渡以确保能与随后焊道有一个良好的熔合。当采用GTAW进行点固焊接,点固焊道作为根部焊道的一部分时,应进行背面保护。

为了保持根部间隙和接头直线度,点固焊缝应在接头范围内均匀分布。

背面保护

焊接Zeron100超级不锈钢,推荐采用商业纯氩用于代替空气在接头背面进行保护。

为了防止焊接熔池中氮的损失,确保足够的氮被保留在背面混合气体中,氩气和空气的混合气体中的氧气应被调整和控制。在实际生产中,开始一层焊接时,这种混合气体中的氧的含量应控制在大约0.5%。这样,一个部分氮的正压在接头的背面保留,这样防止了根部焊道氮的损失,而产生的氧化物任然是在合格范围内。随根部焊道后的其他焊道应将氧含量控制到最小为宜。

为了保持连续性,在焊接开始或重新焊接之前,背面保护气的成分在整个接头线上应用便携式氧气控制器立即测定并控制,用低硫和氯化物的附着带围绕整个接头来保护接头,并且附着保护胶带随着焊接的进行逐步去除。

仔细调节背面保护气的流量防止产生涡流和可能出现的空气卷入通过整个开放的焊缝。尽管为避免熔池爆炸和根部焊道内凹,必要时在死角可减少流量,一般背面保护气的流量为10-15L/min。含氢的气体不应使用。

5、 焊接工艺

5. 1、预热

通常不要求预热,在焊接之前,若工件潮湿或工件温度低于5℃时应进行适当预热。也有在具有较大拘束和特别是厚壁结构制造,达到100℃的预热是有利的,进一步的有关预热方面的细节应进行咨询。氧乙炔火焰应不直接接触材料表面,不应出现过热点。

5.2、电弧能量

电弧能量是在整个焊接过程中要控制的普通参数。

然而,当焊接双相钢/超级双相钢时,为了控制微观结构需要控制冷却速率,并且控制电弧能量应与接头厚度关联起来。

在控制最佳的电弧能量的更有效的方法是:保持快速焊,大的焊接电流,而不是小的焊接电流和慢速焊。

为了确保稳定的焊接线能量,焊道摆动应保持到一个较小的程度,最大不超过3倍的焊丝直径。

5.3、层间温度

层间温度,与焊接线能量一起,在获得最佳冷却速率方面是最重要的因素。过高的层间温度或电弧能量可能削弱接头耐蚀性和冲击韧性。层间温度和焊接线能量必须相互协调达到平衡,以保持接头最佳性能。如果,例如,电弧线能量不能保持在适当的范围,减少层间温度将是十分必要的。最大层间温度应在适当的WPS中注明,一般通常小于150℃。

在任何后续焊道开始焊接之前和建议暂停的地方重新施焊时,应立即测量层间温度。应使用接触式热电偶进行层间温度测量。在重新焊接之前焊接区温度必须低于层间温度。层间温度必须在每一个焊接时间间隔中,并且不仅仅在焊接新焊道之前进行层间温度测定。

5.4、打底焊道

GTAW焊接方法通常被规定用于提高根部焊道质量的控制。

而制造厂在特殊车间使用的选择和生产实践是非常重要的,一般发现如下:

母材厚度小于等于4mm厚的材料,通常使用1.6mm2.0mm直径焊丝来焊接。其他厚度的母材,通常使用2.4mm3.2mm直径焊丝焊接。

为了在电弧线能量限制范围内获得最佳的根部焊道性能,一般认为熔孔焊接打底方法是一个优先选择的焊接操作技术。

焊工优先应考虑的仅仅是应该承认,在电弧能量限制条件范围内,熔敷更大的焊道厚度是有益的。

必须严格控制焊接电弧线能量,以避免在焊接热循环期间不利的慢冷却速率的形成。

在手工GTAW焊接过程中,一般不控制的填充金属添加,在此应该是一个重要的参数。在上表列举的中典型的根部焊道厚度是根据以下要求:

a)焊接进入图1中规定的控制的根部间隙

b)为了促进形成最佳冷却速率,填充金属应最大限度和连续的添加进入焊接熔池;

过厚的根部焊道通常与太高的线能量联系在一起。而太薄的根部焊道可能引起第二道烧穿。当然,要么太厚或太薄的根部焊道,引起实际的焊接问题并且可能引起不好的焊透焊道外部形状。出示的根部焊道的厚度,在适当的电弧能量范围内,应以要焊的材料厚度的为依据。

它是可以考虑的,建议分段进行焊接,在这种情况下具有如下优势:

--控制接头间隙一致性

--减少整个接头变形

--当保持层间温度要求时,使产能最大化。

所有焊道的起点和终点应修磨光滑有利于连接,在GTAW焊接时,推荐采用采用工业级的纯氩(99.995%)进行保护,保护气流量为8-12L/min.插入气体棱镜的管子确保好的保护气体覆盖和避免紊流的有效的焊缝保护,在加长的钨极伸出是被使用的地方。

在一个焊缝的终端,用来控制相平衡的下坡焊技术应被使用。

5.5、第二层冷焊道

超过表面的根部焊道应,如果需要,被修磨光滑,并且采用不锈钢刷擦。然而打磨几乎不要求。

按照一般的指导,第二层冷焊道的要求采用比打底焊道更小的焊接线能量。通常使用GTAW焊接方法。象前面表述的那样层间温度必须控制,为了确保焊接熔池被拍击,调节焊接熔池可能是必要。可以使焊缝熔池在侧壁上轻拍来获得达到拍击的目的。摆动必须减小到最小。在电弧线能量和接头坡口形式要求的范围内可以使用单道或分道焊接技术。

5.6、接头填充层

为避免在重复加热过程中连续根部焊道的氧化,在管子和熔敷金属厚度达到12mm板单面焊施焊时,应进行背面氩气保护。双面焊时背保护气体可以早早停止。对于接头焊接时最初5mm的厚度焊道,应保持均匀的焊接顺序。在整个接头焊接过程中,应控制层间温度和线能量。

5.7、采用手工焊条电弧焊(SMAW)进行接头填充

Zeron100要求一个正确的焊条烘干工艺,特别是,防吸潮保护。未开包装、真空容器包装的或从最小150℃度的保温箱中拿出来的焊条均可直接使用。

在工作时,发放焊条数量应足够用于45小时生产消耗,从真空包装中取出的焊条发放数量应足够在810小时之内生产消耗完,并且焊条在使用过程中应储存在保温筒中。无论如何应遵守焊接材料制造厂对于特殊类型焊接药皮使用说明要求。焊接技术应依照焊条控制,避免大的明显的摆动和联系的高的热输入,应避免接触引弧。

5.8、采用GMAW进行填充

Ф1.01.2mm直径的焊丝可用于超级双相不锈钢的焊接。提倡采用最小的摆动和控制电弧能量多层多道焊层间焊道用于焊接接头的填充。Ar/He(CO2)混合气已经成功用于超级双相不锈钢的焊接。

焊接工艺应瞄准把这种焊接方法的生产效率有利的一面和电弧能力的控制有效组合起来,典型的WPS可通过咨询获得。

5.9、用埋弧焊接方法进行接头填充

埋弧焊,把高质量焊缝金属的快速熔敷和机械化焊接方法的高生产效率有效结合起来,是一种非常切实可行的用于如下规格接头填充的焊接方法:

--材料厚度超过15-20mm,

--管和容器直径超过150mm.

--可以采用平焊位置对环缝和纵焊缝进行焊接。

尽管为了保持要求的电弧能量/焊接冷却速率的控制,Zeron100的焊接工艺与标准的奥氏体不锈钢(316L等)相似,推荐使用更小直径的焊丝和中等的焊接参数。快速焊和低线能量的焊接有利于连续性(例如整条环焊缝)并且减小与层间温度有关的焊接过程中断的次数。

焊道形状的控制是非常重要的。焊缝系数—深宽比必须小于1,要求仔细的选择电弧电压,以避免中凝固热裂纹。避免每层的焊道过厚。埋弧焊作为填充焊接方法,通常要求按照GTAWSMAW进行打底焊道的焊接,并且打底焊道熔敷厚度达到8-10mm。推荐整个焊接接头焊接过程中,最大层间温度控制在150℃。

所用的焊剂必须是保持在可靠的干燥的条件下,例如,要么直接用新的,未开包的或在250℃的储存箱的焊剂。来自焊缝上未融化的的焊剂,在再次使用前,应被回收并重新烘干。

用混有黏结焊剂的焊剂进行烘干时,重复循环将导致过多的细颗粒堆积和一个班在焊剂粒度尺寸差异,最终引起焊剂操作性能的破坏。为了阻止这种结果,再循环的焊剂应与未用的新焊剂按11的比例搭配使用。

为防止电弧散射通过焊剂盖,推荐焊剂堆到25-30mm高为宜,弧光散射可能导致电弧/焊缝熔池稳定性受损,可能的空气进入造成弧坑,焊缝表面有出现其平坑的危险;最坏的情况可能出现内部气孔。超过30mm厚时,焊剂堆垛层厚度过厚将阻止焊接过程中产生的气体扩散溢出。

5.10、修补焊接

ZERON100有一个优异的焊接性能和低的返修率,甚至当对整个焊缝进行全部RT时。如果修补焊接被要求时,那么我们发现所有小直径薄壁(直径小于4,并且壁厚小于3mm)焊缝修补采用切开重焊比补焊要容易的多,是优先选用的一种工艺途径。当在更大直径、更大厚度焊缝上要求进行补焊时,那么这些焊接修补应该按照评定合格的焊缝修补工艺执行。在修补焊缝时,设计的工艺应防止前面焊缝区过热,特别是薄的焊缝工件在切割之后进行焊接时。

6、焊后清理

仔细清理焊剂或轻微的渣,保证从从焊缝区彻底去除。仔细的轻微打磨可以与丝刷联系在一起使用。

局部焊缝区域的酸洗对于改善耐蚀性能是相当重要的。特殊的酸洗膏可以用于超级双相不锈钢的酸洗,当用制造厂推荐的酸洗工艺时,对接头性能将有一个大的改善。

7、总结

焊接超级双相不锈钢的金原则

利用和执行下述的焊接要点--焊接实践和工艺,已经成功焊接大量的ZERON100焊接接头:

1)利用好好的不锈钢制造经验

2)利用与评定过的WPS相一致的接头组对方式

3)控制背面保护气体的成分和流量

4)相对于接头厚度选择正确的电弧能量

5)控制电弧能量在已评定的WPS的产品焊接范围内

6)保证填丝和最大焊丝添加量

7)调节和控制层间温度,并且确保最大层间温度不超过评定值

8)采用直线焊道,具有最小的摆动(最大3×焊丝直径)