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  • 碳鋼與承載不銹鋼異種鋼焊接的焊材選用

    生物質發電,垃圾發電在國內大力發展,在此類余熱鍋爐中,對省煤器,過熱器都會在管材上焊接不銹鋼材料,以增加鋼管防磨防腐性能。本文通過選用兩種不同焊材焊接碳鋼與不銹鋼鋼板進行對比分析,試驗結果表明,兩種焊材都能滿足要求,但從成本及保護不銹鋼管角度考慮,E5015-A1焊材是較優選擇。

    目前,在垃圾發電及生物質余熱鍋爐中,過熱器,省煤器迎風面管材上焊接不銹鋼材料以避免管材腐蝕及磨損。根據不銹鋼管內溫度和爐膛溫度,在過熱器,省煤器選用耐熱鋼或碳鋼,防腐防磨材料為奧氏體不銹鋼。下面對碳鋼鋼板與防磨板(材料為06Cr25Ni20)焊接式樣試驗,從而找出滿足性能要求及使用要求,同時又能降低制造成本的焊接材料。

    1焊接對比試驗

    1.1試驗材料

    試驗用母材及焊材的化學成分和力學性能見表1。母材Q345R,符合GB/T 7132014標準;母材06Cr25Ni20符合GB/T42382015;焊材E3019-16符合GB/T9832012NB/T47018.22017;焊材E5015-A1符合GB/T 51182012NB/T 47018.22017。

    1.2焊接方法及工藝參數

    碳鋼Q345R與不銹鋼鋼板06Cr25Ni20對接,δ=20 mm,V型坡口,單面30°。試板采用Φ3.2 mm焊條打底,Φ4 mm焊條打底,背面清根,Φ4 mm焊妥。焊接完成后,兩塊試板RT 100%檢查。探傷合格后進行焊后熱處理。焊接及熱處理參數見表2。

    2結果與分析

    2.1力學性能

    兩個式樣力學性能抗拉強度,1號式樣:561MPa、585 MPa,斷裂在碳鋼側;2號式樣:619 MPa、610 MPa,斷裂在碳鋼側;其強度高于母材最小抗拉強度485 MPa。350℃高溫下抗拉強度見表3。

    NB/T 470142011對各式樣進行側彎180°,試驗結果合格。

    常溫沖擊試驗,兩側熱影響區和焊縫沖擊試驗合格。

    2.2金相組織分析

    上面圖片為式樣1和式樣2兩側母材與焊縫熔合區金相照片:從圖1~4金相照片可得出:

    1)采用不銹鋼焊條的式樣1在碳鋼側熔合區出現較為明顯的脫碳層,在不銹鋼側焊縫呈現焊縫柱狀晶形狀。其焊縫組織未A+C點。

    2)采用耐熱鋼焊條的式樣2在碳鋼側熔合區晶粒細小均勻,組織為F+S,與母材組織相似。不銹鋼側未出現明顯的脫碳層。

    3綜合分析

    根據NB/T 47014的相關要求,從常溫力學性能以及瞬時高溫性能看,式樣1和式樣2都能滿足標準要求。

    不銹鋼與碳鋼焊接為異種鋼焊接,在異種鋼焊接過程中,需克服幾個大的問題,比如:焊縫合金元素與母材的匹配,碳遷移產生的脫碳層性能下降,以及材料的熱膨脹系數不同產生的熱應力等。在鍋爐運行過程中,其不銹鋼管起到熱交換作用,其承受內部壓力,以及不銹鋼管內外壁熱應力。對于式樣1,在碳鋼側出現脫碳層,根據現有研究:在貧碳區中有塑性應變集中現象,導致其損傷加劇,成為裂紋擴展過程的較弱環節。采用不銹鋼焊條焊接式樣,碳鋼側易出現脫碳層,其性能降低,在鍋爐運行過程中,受熱應力影響不銹鋼管會拉裂,裂紋在熔合區擴展,最終鍋爐漏水引起鍋爐停爐。從保護不銹鋼管角度,并避免受壓部件側出現脫碳層以滿足安全使用要求,其焊接材料應采用非不銹鋼焊條為宜。

    4結論

    1)在垃圾爐生產制造中,碳鋼與非承載不銹鋼異種鋼焊接,選擇耐熱鋼焊條,和不銹鋼鋼條都能滿足焊接接頭力學性能。

    2)為保證垃圾余熱鍋爐產品安全使用,保證不銹鋼管長效使用,應選用耐熱鋼焊條以避免不銹鋼管側出現脫碳層,并避免焊縫出現應力集中。

    文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管

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