Q235B与304L异种钢焊接工艺评定

Q235B与304L异种钢焊接工艺评定 48 ·焊接质量控制与管理 · 焊接技术第 39卷第 7期 2010年 7月文章编号：1002-025X(2010)07-0048-04 Q235B 与 304L 异种钢焊接工艺评定马万洪，杜剑锋，赵毅青，王建岐，郑金刚，张志海，刘淑梅，边福军 (天津大学北洋化工设备有限公司，天津 300072) 摘要：对氨回收塔用Q235B与 304L的异种钢焊接进行了工艺评定：对弯曲试件产生裂纹的原因进行了分析；确定了符合 JB 47O8— 2000《钢制压力容器焊接工艺评定...

48 ·焊接质量控制与管理 · 焊接技术第 39卷第 7期 2010年 7月文章编号：1002-025X(2010)07-0048-04 Q235B 与 304L 异种钢焊接工艺评定马万洪，杜剑锋，赵毅青，王建岐，郑金刚，张志海，刘淑梅，边福军 (天津大学北洋化工设备有限公司，天津 300072) 摘要：对氨回收塔用Q235B与 304L的异种钢焊接进行了工艺评定：对弯曲试件产生裂纹的原因进行了分析；确定了符合 JB 47O8— 2000《钢制压力容器焊接工艺评定》要求的焊接材料和焊接工艺参数。关键词：异种钢；Q235B；304L；焊接工艺评定中图分类号：TG457．5 文献标志码：B 0 前言本公司承接了南京某公司氨回收塔的制作任务。该塔的高度为 26．4 m，内径为 900 mm．设计压力为 0．6 MPa，工作压力为 0．35 MPa，设计温度为 175℃，工作温度为 150℃ ，属 I类压力容器。根据 TSGE20004--2009《固定式压力容器安全技术监察规程》中第 4．2．1条[ ]的规定，在压力容器产品施焊前。必须对 “与受压元件相焊的焊缝”进行焊接工艺评定。 1 问题提出氨回收塔的主体材质为 304L (022Cr19Ni10) 不锈钢，塔的裙座桶体全长 3 500 mill，其中有 350 mm的材质为 304L钢，其他部分的材质为 Q235B。 Q235B钢与 304L钢之间采用焊接方法连接。图样中注明采用 A062 (E309L一16)焊条进行焊条电弧焊 (SMAW) 按照 JB 4708--2000《钢制压力容器焊接工艺评定》标准相关规定 ]，进行 Q235B与 304L异种钢的焊接工艺评定试验。试验时采用的焊接工艺参数见表 1中的试验方案。试验结果表明，其弯曲试样产生的裂纹，如图 1所示。裂纹产生的部位是在 Q235B 侧的熔合区。在该焊接接头的金相试件中也发现 Q235B侧熔合区有白亮带的凝固过渡层，如图 2所示。用 MHV2000型数字显微硬度计测定了白亮带凝收稿日期：201O—o4—13 固过渡层及其相毗邻的Q235B母材和焊缝金属的显微硬度，其结果见表 1。显微硬度测定时的载荷为 0．98 N。图1 0．试验方案的弯曲试件图2 0．试验方案Q23Sa 侧熔合区的金相组织表1 Q235B与304L异种钢的焊接工艺参数及 Q235B侧熔台区凝固过渡层的显徽硬度焊接材料焊接工艺参数显徽硬度HV 试验焊接方案方法型号规格焊接电弧焊接速度焊缝熔合 Q235B 序号电流，A 电压，^ ／(cm·rain一‘) 区区母材／mm E309L一16 SMAW 4,3 ．2 120—13O 22—23 18 175 2O7 131 (A062) AO62 l G_rAW 4,3 ．2 80 l0 8 239 300 144 焊条芯 E3O9一l5 SMAW 4,3 ．2 80-85 22-23 17 (A307) 由于Q235B为珠光体钢，其熔化金属与A062超低碳奥氏体焊条熔敷金属的化学成分差异较大。在焊接过程中．熔化的 Q235B金属对焊缝金属具有稀释作用，因此在熔池靠近焊缝边界的很窄范围内存在一个 “不完全混合区” ，即 “熔合区”．也可称为 “凝固过渡区”。在 Q235B侧的焊缝熔合区中，靠近相界面处的 Ni含量降低，而 C含量达到峰值。因此，该部位很容易生成马氏体，从而形成了马氏体脆化层，在弯曲试验时容易产生裂纹。 Welding Technology Vo1．39 No．7 Ju1．2010 ·焊接质量控制与管理 · 49 2 焊接工艺方案改进鉴于上述情况。提出了2种焊接工艺方案改进思路：一是改变焊接工艺方法和相应焊接工艺参数．以降低 Q235B母材的稀释率，减小熔合比：二是更换焊接材料，改变相应的焊接工艺参数，以改变焊缝金属成分，以获得期望的组织性能。 2．1 改变焊接工艺方法并降低母材熔合比采用 A062焊条焊接 Q235B和304L钢时，由于在 Q235B侧熔合区凝固过渡层组织的硬度较高，因此在弯曲试验时试件易产生裂纹。其原因之一是焊接时Q235B 熔化金属对焊缝金属的稀释率较大，熔合比较大。焊接方法不同，其熔合比调节范围也各不相同。表 2列出了几种焊接方法熔合比的调节范围[41。从表 2中可知，钨极氩弧焊 (GTAW)的熔合比调节范围最大。当采用填丝 GTAW 时，熔合比可降到 10％，比其他焊接方法都小。表 2 几种焊接方法熔合比调节范围 I焊接方法碱性焊条电弧焊酸性焊条电弧焊 MIG，MAG SAW GTAW 熔合比 (％) 20-30 l5—25 20-30 30-60 1O～l0o 此外，在拟定焊接工艺方案时，尚应考虑除保证其试验结果符合 GB 4708--2000的要求外．还应尽量采用生产率较高的焊接方法。埋弧焊 (SAW)的生产率高，焊缝成形美观。因此，采用填丝 GTAW．丝材采用 A062焊条芯，在 Q235B试验板材的侧面堆焊一层隔离过渡层，然后与 304L板材对接进行 SAW。此方案即为表1中所列方案 1。堆焊时采用较小的焊接电流，其工艺参数见表 l。 2．2 改变焊缝金属成分获得期望的组织性能 Q235B钢和 304L钢的化学成分见表 3。比较表 3中 Q235B钢与 304L钢的化学成分．可以发现 C． Cr，Ni 3种元素的含量差异较大。因此，需要寻求能够弥补这 3种元素的材料作为 Q235B与 304L异种钢的焊接材料，使焊缝的化学成分分布平缓过渡。表 3 中所列的A307(E309—15)焊条熔敷金属成分，其 C 含量低于 Q235B钢，而高于 304L钢。C是强奥氏体形成元素，在 Q235B侧熔合区的凝固过渡层中适当地提高 C的含量，可增加奥氏体数量，从而可大大提高力学性能。A307焊条熔敷金属中的 Cr．Ni含量比 304L钢的还高，这就可以较好地减小 Q235B稀释作用，可以提高凝固过渡层的力学性能。表 3 Q235B钢和304L钢及A307(E309-15)和A062(E309L-16)焊条熔敷金属、A062焊条芯的化学成分 (质量分数) (％) 材质 C M Si C Ni S P 标准要求 O．12~0．20 0．30-0．70 <0．3O 10％．导致该试件异相界面两侧的硬度分布呈现两个特征 (图8)：一是硬度值高 (最高硬度 HV300)；二是高硬度区域的尺寸大。这必然会降低焊接接头的力学性能 (2)由于 GTAW 施焊时，采用较小的焊接工艺参数 (表 1)，焊接熔池体积小，焊后的冷却速度快，导致焊缝金属出现马氏体可能性增大，其硬度更高 (图7中的曲线 1)。此外，焊后熔合区中也会出现较大的残余内应力，也会降低焊接接头的力学性能。 3-3．3 2 试件成功的原因 2 试件弯曲试验后未发现裂纹，有以下 2个主要原因 (1)焊接材料选择合理。从表 3中可见，A307 焊条的熔敷金属成分与 A062相比。主要差异在于 C含量。由于 C是强奥氏体形成元素，因此在相同熔合比的情况下，2 试验方案中的W(Ni) 比 0#试验方案的要高 (表 4)。此外，A307系碱性焊条，虽然焊接工艺性能较差，但是脱氢脱氧效果好，焊缝金属纯洁度高，因此其接头的力学性能较好。 (2)焊接工艺合理。A307焊条施焊时，采用了小焊接电流 (表 1)，有效地控制了母材 Q235B的熔合比。从图 7中的曲线 2可见，其异相界面两侧的硬度分布的最高硬度值较低，硬度较高区域的尺寸较小，这就改善了焊接接头的力学性能。 4 应用采用经评定合格的 A307焊条电弧焊焊接工艺．对氨回收塔裙座 304L与 Q235B异种钢环焊缝进行了焊接。焊后按照 JB厂r 4730．2—2005标准对焊缝进行了RT检验，一次合格率为 100％。 5 结语 Q235B与 304L异种钢焊接时，只要合理地选择焊接材料，根据工艺评定结果制定合理的焊接工艺，就能获得符合 GB 4708--2000标准的焊接接头。志谢本工作得到了本公司总经理田华明高级工程师、副总经理林奇高级工程师和王立高级工程师、质量管理责任工程师吕长兴高级工程师、公司顾问韦福水教授及天津大学材料学院王惜宝教授的指导．在此表示衷心感谢 ! 参考文献： [1]国家质量监督检验检疫总局．TSG20004--2009固定式压力容器安全技术监察规程[Z]．北京：新华出版社，2009． [2]JB 4708--2000，中国劳动和社会保障出版社钢制压力容器焊接工艺评定[S]． [3]天津大学，中国石油化工总公司第四建设公司．工程焊接冶金学[M]．北京：机械T业出版社．1993． [4]张其框，堵耀庭．不锈钢焊接[M]．北京：机械工业出版社，2006． [5]傅积和，孙玉林．焊接数据资料手册 [M]．北京：机械工业出版社．1997．作者简介：马万洪 (1954一)，男，工程师，现主要从事焊接生产技术的管理工作．

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