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  對(duì)304H不銹鋼管采用埋弧焊的焊接方法進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，分析了304H耐熱奧氏體不銹鋼管埋弧焊的特點(diǎn)，提出了合理的埋弧焊焊接工藝，檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量，分析焊接接頭的顯微組織，測(cè)試其力學(xué)性能。結(jié)果表明：焊接工藝參數(shù)合理，在焊接接頭未發(fā)現(xiàn)任何焊接缺陷，焊縫質(zhì)量良好；焊接接頭強(qiáng)度、塑性均可達(dá)到與母材相當(dāng)?shù)乃�平�?/span>304H耐熱奧氏體不銹鋼管采用此工藝方法焊接，完全可以獲得優(yōu)良的焊接接頭。

  2004年，某廠承接了大慶石油化工總廠苯乙烯裝置擴(kuò)能改造項(xiàng)目的核心設(shè)備SMART反應(yīng)器的制造任務(wù)，該反應(yīng)器為立式結(jié)構(gòu)，總高度10 284 mm，總重量127.8 t，材質(zhì)為304H，規(guī)格DN4100 mm×22/30/42mm。這臺(tái)設(shè)備屬高溫設(shè)備，設(shè)計(jì)溫度為650℃，所使用的材料304H為耐熱奧氏體不銹鋼，該種不銹鋼具有良好的高溫力學(xué)性能和抗高溫蠕變性能，在苯乙烯裝置反應(yīng)器中大量采用。文中通過焊接工藝試驗(yàn)，研究了焊縫的力學(xué)性能、顯微組織和焊接工藝參數(shù)，最終取得了良好的焊接接頭，為今后承攬304H材質(zhì)壓力容器的制造任務(wù)提供了技術(shù)支持。

1  SMART反應(yīng)器制造技術(shù)要求

    設(shè)備主體材料為304H，材料符合ASME-SA240標(biāo)準(zhǔn)，材料為固溶狀態(tài)交貨。按圖樣要求對(duì)鋼板的化學(xué)成分、力學(xué)性能、鋼板晶粒度進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

    反應(yīng)器的A、B類焊縫進(jìn)行100%射線檢測(cè)，符合JB4730-94<壓力容器無損檢測(cè)>規(guī)定的Ⅱ級(jí)合格，100% PT檢查，I級(jí)合格。

2焊接工藝試驗(yàn)

2.1母材復(fù)驗(yàn)

    304H材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)結(jié)果見表l和表2。

2.2焊材選擇

    焊接材料選用哈爾濱焊接研究所威爾焊接有限責(zé)任公司生產(chǎn)的44.0 mm的ER308H焊絲、10-60目SJ601焊劑；焊絲、焊劑的化學(xué)成分見表3和表4。

2.3焊接方法及焊前清理

    采用埋弧焊方法，試板(750 mm×150 mm×42mm．2件)加工不對(duì)稱X形坡口，坡口形式如圖1所示．焊接參數(shù)見表5。

    由于304H耐熱奧氏體不銹鋼管中C、S、P等雜質(zhì)含量很低，焊前必須防止焊接過程中C、S、P等雜質(zhì)進(jìn)入焊縫，而影響其力學(xué)性能，所以焊前坡口及其兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)先用電動(dòng)不銹鋼絲刷除去表面雜質(zhì)，露出金屬光澤，然后再用丙酮擦洗，除去油脂，并涂白堊粉，以防止焊接飛濺。

2.4焊接操作要點(diǎn)

    (1)焊接前，對(duì)焊絲表面進(jìn)行除油；焊劑嚴(yán)格按照焊材使用說明書進(jìn)行烘干。

    (2)焊接時(shí)，盡量選用小的熱輸入，在保證焊接質(zhì)量的前提下，采用小規(guī)范焊接參數(shù)，盡量采用多層多道焊，每焊完一道焊縫后，要等焊縫冷卻后再進(jìn)行下道焊縫的焊接工作。焊接時(shí)，在施焊的另一面采取通風(fēng)強(qiáng)制冷卻的方式對(duì)焊縫進(jìn)行冷卻，嚴(yán)格控制層間溫度不大于100℃。

    (3)選擇合理的焊接順序，正面焊完幾層后，再進(jìn)行背面的焊接，以減小由于焊接所引起的變形。對(duì)于與介質(zhì)接觸的焊縫，要最后進(jìn)行焊接，以減小焊縫由于反復(fù)受熱而破壞不銹鋼管焊縫的耐腐蝕性能和焊縫的晶粒度。

    (4)采用碳弧氣刨時(shí)，要用砂輪徹底打磨干凈，防止由于滲碳引起熱裂紋。

    (5)在焊接過程中途停弧、最終結(jié)束時(shí)，要盡量填滿弧坑，以防止在弧坑處產(chǎn)生凝同裂紋。

    (6)對(duì)焊接接頭的焊接質(zhì)量進(jìn)行外觀和內(nèi)部檢查，按JB4708-2000制取試樣，對(duì)力學(xué)性能、硬度、晶粒度和金相組織進(jìn)行測(cè)試。

3試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

    對(duì)焊接接頭外表面觀察，焊縫呈銀白色和淡黃色的金屬光澤，屬于良好的保護(hù)等級(jí)。經(jīng)宏觀檢查和X射線無損探傷證明，焊縫截面豐滿，余高合理，未發(fā)現(xiàn)氣孔、未熔合及未焊透等缺陷。焊前無須預(yù)熱，焊后未發(fā)現(xiàn)焊接熱裂紋，表明焊接接頭質(zhì)量合格。

3.2焊接接頭的力學(xué)性能

    埋弧自動(dòng)焊的特點(diǎn)是熱輸入量高，熔池尺寸較大，冷卻速度和凝周速度較慢，加劇了合金元素的偏析，促使形成粗大的初次結(jié)晶，得到的焊接接頭塑性韌性較低，焊縫金屬和近縫區(qū)熱裂紋敏感性提高。奧氏體不銹鋼管焊縫是否會(huì)產(chǎn)生裂紋主要取決于雜質(zhì)的含量，焊縫金屬中硅、硫、磷含量如超標(biāo)是十分有害的，錳在很大程度上提高了焊縫的抗裂性。此次焊接工藝試驗(yàn)測(cè)試的焊接接頭試樣的力學(xué)性能、硬度、晶粒度如表6所示。從表中可以看出，304H鋼采用埋弧焊所獲得的焊接接頭具有優(yōu)良的綜合性能。

3.3接頭的顯微組織

    304H不銹鋼管埋弧焊對(duì)接接頭的顯微組織如圖2和圖3所示�？梢�，焊縫組織為枝晶狀?yuàn)W氏體+鐵素體（圖2），熱影響區(qū)組織為奧氏體（圖3）。

    焊縫中相的有利作用：一方面，鐵素體散布在奧氏體晶粒的晶界，可打亂單一奧氏體柱狀晶的方向性，有阻隔晶界通道并延伸總通道長(zhǎng)度的作用，對(duì)減少晶間腐蝕是有效的；另一方面，由于鐵素體的存在，大大提高了焊縫抗凝固裂紋的性能。

4結(jié)  論

    (1)304H不銹鋼管采用埋弧焊，選用合理的焊接材料、坡口形狀尺寸及焊接工藝參數(shù)，焊縫成形美觀，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良。

    (2)焊接接頭強(qiáng)度、塑性、韌性均可達(dá)到與母材相當(dāng)?shù)乃�平，焊接接頭具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。