SA387 Grade11 CL.2與SB409 N08810的焊接

聞勃

（江蘇中圣機(jī)械制造有限公司，江蘇 南京 210047）

在熱電或化工行業(yè)中，經(jīng)常要求高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性相兼顧，設(shè)計(jì)出鎳基合金和鉻鉬鋼對(duì)接的接頭，中圣機(jī)械制造有限公司承接的氫化裝置中的急冷器，其上半段為SA387 Grade11 CL.2，下半段為SB409 N08810，直徑約1.5 m，壁厚16 mm。對(duì)于此類中、薄板對(duì)接坡口，先堆焊再加工，焊縫金屬比較寬，當(dāng)曲率形變較大時(shí)（卷筒體或校形時(shí)），堆焊熔合區(qū)易開裂。采用異種鋼直接接焊，可以在很大程度上節(jié)省人力、物力，同時(shí)也可以避免中、薄板的堆焊缺陷。

本文通過焊接工藝的合理選擇，采用自過渡降比法，實(shí)現(xiàn)此異種鋼的直接對(duì)接。

1 焊接工藝的擬定

1.1 焊接方法的選擇

手工鎢極氬弧焊（GTAW），其熔深淺，焊絲易實(shí)現(xiàn)滴狀過渡，熔合比（penetration ratio）較小，是自過渡降比法的首選焊接方法。

所謂自過渡降比法，即在對(duì)接接頭的坡口內(nèi)，沿稀釋率較大（Cr-Mo鋼）的材料，分層次向稀釋率小的材料（鎳合金鋼）方向滴狀過渡焊，對(duì)根部焊縫進(jìn)行清理后，降低熔合比的焊接方法。

熔合比θ為母材在焊縫接頭中的比率，熔合比過大，易導(dǎo)致焊縫中合金的過分稀釋。采用本文的自過渡降比法，分層分道滴狀過渡焊，其相對(duì)融合比к根據(jù)不同位置而變化，融合線附近過渡焊縫熔合比可控制在30以下，如圖1所示。

焊縫中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以用下式粗略估算

圖1 理論效果圖

1.2 焊接材料的選擇

從焊接冶金學(xué)來進(jìn)行理論分析熔敷金屬的可能合金系，以及此合金系是否能夠存在預(yù)期的性能。尤其是針對(duì)本文中的珠光體和奧氏體母材的異種鋼接頭，其物理性能差異明顯，從而選擇高鎳基焊材ERNiCr-3。

取熔合比θ為30%進(jìn)行計(jì)算，熔敷金屬的合金系的化學(xué)成份如表1所列。

表1 熔敷金屬的合金系的化學(xué)成份表

由此數(shù)據(jù)合金系高溫相圖如圖2所示，在高溫時(shí)，由液態(tài)直接生成純奧氏體組織。圖中虛線表示含Cr為16%，實(shí)線表示含Cr為20%，點(diǎn)劃線表示含Cr為24%的Ni-Cr-Fe合金系。在隨后的冷卻過程中，由于Ni的強(qiáng)奧氏體化作用，組織始終保持此形態(tài)，直到室溫。

圖2 Ni-Cr-Fe合金系

1.3 預(yù)熱、后熱和焊后熱處理

由于鎳合金具有高溫微裂紋傾向，而鉻鉬合金具有冷裂紋傾向，焊接時(shí)必須對(duì)Cr-Mo鋼側(cè)進(jìn)行預(yù)熱和保溫緩冷，防止產(chǎn)生脆化組織-馬氏體相，預(yù)、后熱溫度可以按下面公式進(jìn)行粗略估算

Ms（℃）=538-317（%C）-33（%Mn）-28（%Cr）-17（%Ni）-11（%Si+%Mo+%W）

大約在300℃左右，保溫緩冷后的顯微組織該為貝氏體B 和珠光體P 組織，其保溫緩冷的CCT如圖3所示。

圖3 保溫緩冷的CCT圖

為了消除如圖4所示的窄脆化區(qū)，采用焊后熱處理是非常有益的。

1.4 采用滴狀填絲過渡

圖4 窄脆化區(qū)圖

按圖1中的焊接方向，沿低合金鋼向鎳基合金側(cè)逐一進(jìn)行過渡，可以有效地控制接頭的熔合比，減少合金元素的稀釋，杜絕采用自熔的方法焊接。同時(shí)采用反面清理后（打磨去除坡口夾角較小部分金屬，深約5～6 mm）再焊接，將根部焊縫的融合比進(jìn)行調(diào)整，減少有害組織的產(chǎn)生。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

在此試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，已經(jīng)應(yīng)用到工程上，共完成4臺(tái)急冷器設(shè)備，20 m長(zhǎng)焊縫，80張RT片子和100%PT檢測(cè)，僅有一處碳鋼側(cè)熔合線附近，近表面微裂紋，經(jīng)打磨后去除。

設(shè)備攜帶的產(chǎn)品試板，力學(xué)性能檢測(cè)合格，金相組織正常，設(shè)備已經(jīng)運(yùn)作一年，情況良好。

3 結(jié)束語(yǔ)

采取合適的焊接方法，選擇正確的焊接材料，從滴狀過渡填絲焊，反面清根降比法，合理的預(yù)、后熱及焊后熱處理等工藝措施的應(yīng)用，解決了Cr-Mo合金鋼和Ni基合金的直接對(duì)接焊，大大提高了工作效率。

[1]李亞江.異種難焊材料的焊接及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]Erich Folkhard.不銹鋼焊接冶金[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3]李亞江.焊接組織性能與質(zhì)量控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[4]于福洲.金屬材料的耐蝕性[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[5]樊東黎.熱處理手冊(cè)[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.