Q345R鋼與S30408鋼異種鋼焊接工藝的研究

1、    q345r鋼與s30408鋼異種鋼焊接工藝的研究    唐文慶劉明亮摘 要：q345r鋼與s30408鋼的異種材料焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用很廣泛。該文詳細(xì)介紹了兩種材質(zhì)的焊接特點(diǎn)，并對(duì)其焊縫進(jìn)行射線檢驗(yàn)、力學(xué)性能、彎曲性能、化學(xué)成分分析及金相組織觀察。結(jié)果表明，采取合理的工藝措施，可以獲得無(wú)焊接缺陷的焊縫，避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴(kuò)散。而且，焊接接頭的拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能、化學(xué)成分及金相組織均能滿(mǎn)足要求。關(guān)鍵詞：q345r鋼 a30408鋼 焊接 異種材料：tg457.11 ：a ：1674-098x（2014）0

2、2（a）-0070-02在壓力容器的制造中，為了免除一些焊縫的熱處理，存在著大量異種材料的焊接接頭。由于異種材料在物理性能方面如熔化溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)和電阻系數(shù)等方面存在明顯差異，所以其焊接具有一定的難度。某反應(yīng)器的接管與外接管路材質(zhì)分別為q345r鋼與s30408鋼，屬于典型的異種材料結(jié)構(gòu)形式。由于該條焊縫是在產(chǎn)品進(jìn)行最終焊后熱處理之后進(jìn)行焊接，為了免去該條焊縫的熱處理，所以接管端面堆焊enicrfe-3，堆焊后再進(jìn)行該條組焊焊縫的焊接。1 試驗(yàn)材料q345r鋼屬于珠光體低合金鋼，具有良好的綜合機(jī)械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及切削性能較好。因此，廣泛應(yīng)用于石油化工

3、設(shè)備中的低壓及中壓容器，也是我國(guó)使用最早、生產(chǎn)量最大的低合金鋼之一。q345r鋼和s30408鋼兩者本身有較大差異，焊接時(shí)除了母材本身易產(chǎn)生的焊接問(wèn)題外，還有如下特點(diǎn)。1）焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織：q345r為珠光體組織，s30408為奧氏體組織，珠光體鋼含有很少的合金元素，會(huì)對(duì)焊縫金屬稀釋?zhuān)箠W氏體元素含量降低，焊縫中可能出現(xiàn)脆性馬氏體組織，使焊縫塑性韌性降低，甚至產(chǎn)生裂紋。2）焊接接頭化學(xué)成分不均勻：在焊接過(guò)程中，焊縫中心與邊緣的液態(tài)金屬溫度、液態(tài)金屬停留時(shí)間各部相同，熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低，流動(dòng)性差，而且在液態(tài)停留時(shí)間段，熔化的母材不能與填充金屬充分混合，因此邊緣焊縫中母材所占比例

4、較大：靠近q345r側(cè)熔合區(qū)的焊縫金屬中，形成一層與焊縫中心成分不同的過(guò)渡層。3）焊接接頭中碳的擴(kuò)散：q345r鋼中含碳量高，s30408鋼中含碳量低，在焊接過(guò)程中，尤其是接頭熱處理過(guò)程中，存在碳的擴(kuò)散遷移：q345r鋼被脫碳，s30408鋼被增碳。脫碳對(duì)焊接接頭的持久強(qiáng)度有不利影響，而增碳會(huì)造成s30408鋼抗晶間腐蝕能力降低。4）焊接接頭的熱應(yīng)力：s30408鋼線膨脹系數(shù)比q345r鋼大30%50%，熱導(dǎo)系數(shù)卻只有q345r鋼的1/3，這兩種材質(zhì)的接頭，在焊后冷卻、熱處理以及將來(lái)使用中，都會(huì)在熔合區(qū)產(chǎn)生熱應(yīng)力，大大降低焊接接頭的強(qiáng)度。2 焊接工藝評(píng)定按照nb/t47014-2011承壓設(shè)備

5、焊接工藝評(píng)定的要求，試板材質(zhì)為q345r，試板厚度為30mm，長(zhǎng)度和寬度滿(mǎn)足取樣要求。工藝評(píng)定試板接頭形式示意圖如（圖1）所示。2.1 堆焊隔離層在q345r材質(zhì)上堆焊enicrfe-3，考慮到母材和母材對(duì)堆焊金屬的稀釋?zhuān)瑸榱朔乐巩a(chǎn)生焊接裂紋，堆焊第一層enicrfe-3時(shí)需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度100，焊后緩冷即可。在焊完第一層enicrfe-3后，其余各層均為冷焊，并注意控制層間溫度。堆焊時(shí)，盡可能采用小規(guī)范、短弧和較快的焊接速度，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表1）中的規(guī)定執(zhí)行。試板堆焊后，按jb/t4730-2005進(jìn)行100%pt、100%ut探傷檢測(cè)，合格等級(jí)為級(jí)。探傷合格后，試件按nb/t 4

6、7015-2011規(guī)定，q345r材質(zhì)熱處理溫度為600-6402，保溫時(shí)間為6小時(shí)。熱處理后，試件按照?qǐng)D1所示的坡口型式進(jìn)行加工坡口。2.2 組焊產(chǎn)品圖紙要求焊縫為全焊透的結(jié)構(gòu)，由于焊縫背面無(wú)法進(jìn)行清根操作，該試板采用鎢極氬弧焊+手工電弧焊進(jìn)行焊接。施焊過(guò)程中，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表2）中的規(guī)定執(zhí)行。工藝評(píng)定試板的對(duì)接焊縫焊接完成后，按jb/t4730-2005進(jìn)行100%pt、100%rt探傷檢測(cè)，合格等級(jí)分別為級(jí)和級(jí)。2.3 工藝評(píng)定結(jié)果分析焊件探傷合格后，按照nb/t47014-2011的要求，進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和q345r側(cè)的熱區(qū)沖擊試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，抗拉強(qiáng)度結(jié)果滿(mǎn)足母材

7、抗拉強(qiáng)度的要求，并具有較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備。q345r的熱區(qū)沖擊試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足沖擊功的要求，并且與原母材的沖擊性能接近，基本沒(méi)有降低，證明在堆焊完enicrfe-3后進(jìn)行最終焊后熱處理，對(duì)熱區(qū)性能起到改善作用。enicrfe-3焊縫焊接時(shí)，焊接過(guò)程對(duì)q345r母材的性能沒(méi)有產(chǎn)生不利的影響，證明隔離層起到作用且工藝規(guī)范合理。彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明在焊縫和熱區(qū)內(nèi)不存在焊接缺陷，且焊縫的韌性沒(méi)有降低，說(shuō)明所采取的焊接工藝措施可行并能獲得滿(mǎn)足要求的焊接接頭。3 結(jié)語(yǔ)1）根據(jù)q345r鋼和s30408鋼的焊接特點(diǎn)，焊接時(shí)采取合理的措施并嚴(yán)格按照工藝的要求執(zhí)行，能夠有效的避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴(kuò)

8、散，確保焊接接頭化學(xué)成分均勻。2）焊件經(jīng)無(wú)損檢測(cè)合格后，其拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能均能夠滿(mǎn)足要求。而且，金相組織分析也滿(mǎn)足要求。參考文獻(xiàn)1 gb713-2008，鍋爐和壓力容器用鋼板 s2 nb/t 47015-2011，壓力容器焊接規(guī)程s.endprint摘 要：q345r鋼與s30408鋼的異種材料焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用很廣泛。該文詳細(xì)介紹了兩種材質(zhì)的焊接特點(diǎn)，并對(duì)其焊縫進(jìn)行射線檢驗(yàn)、力學(xué)性能、彎曲性能、化學(xué)成分分析及金相組織觀察。結(jié)果表明，采取合理的工藝措施，可以獲得無(wú)焊接缺陷的焊縫，避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴(kuò)散。而且，焊接接頭的拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能

9、、化學(xué)成分及金相組織均能滿(mǎn)足要求。關(guān)鍵詞：q345r鋼 a30408鋼 焊接 異種材料：tg457.11 ：a ：1674-098x（2014）02（a）-0070-02在壓力容器的制造中，為了免除一些焊縫的熱處理，存在著大量異種材料的焊接接頭。由于異種材料在物理性能方面如熔化溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)和電阻系數(shù)等方面存在明顯差異，所以其焊接具有一定的難度。某反應(yīng)器的接管與外接管路材質(zhì)分別為q345r鋼與s30408鋼，屬于典型的異種材料結(jié)構(gòu)形式。由于該條焊縫是在產(chǎn)品進(jìn)行最終焊后熱處理之后進(jìn)行焊接，為了免去該條焊縫的熱處理，所以接管端面堆焊enicrfe-3，堆焊后再進(jìn)行該條組焊焊縫的焊接。1

10、 試驗(yàn)材料q345r鋼屬于珠光體低合金鋼，具有良好的綜合機(jī)械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及切削性能較好。因此，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備中的低壓及中壓容器，也是我國(guó)使用最早、生產(chǎn)量最大的低合金鋼之一。q345r鋼和s30408鋼兩者本身有較大差異，焊接時(shí)除了母材本身易產(chǎn)生的焊接問(wèn)題外，還有如下特點(diǎn)。1）焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織：q345r為珠光體組織，s30408為奧氏體組織，珠光體鋼含有很少的合金元素，會(huì)對(duì)焊縫金屬稀釋?zhuān)箠W氏體元素含量降低，焊縫中可能出現(xiàn)脆性馬氏體組織，使焊縫塑性韌性降低，甚至產(chǎn)生裂紋。2）焊接接頭化學(xué)成分不均勻：在焊接過(guò)程中，焊縫中心與邊緣的液態(tài)金屬溫度、

11、液態(tài)金屬停留時(shí)間各部相同，熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低，流動(dòng)性差，而且在液態(tài)停留時(shí)間段，熔化的母材不能與填充金屬充分混合，因此邊緣焊縫中母材所占比例較大：靠近q345r側(cè)熔合區(qū)的焊縫金屬中，形成一層與焊縫中心成分不同的過(guò)渡層。3）焊接接頭中碳的擴(kuò)散：q345r鋼中含碳量高，s30408鋼中含碳量低，在焊接過(guò)程中，尤其是接頭熱處理過(guò)程中，存在碳的擴(kuò)散遷移：q345r鋼被脫碳，s30408鋼被增碳。脫碳對(duì)焊接接頭的持久強(qiáng)度有不利影響，而增碳會(huì)造成s30408鋼抗晶間腐蝕能力降低。4）焊接接頭的熱應(yīng)力：s30408鋼線膨脹系數(shù)比q345r鋼大30%50%，熱導(dǎo)系數(shù)卻只有q345r鋼的1/3，這兩種材質(zhì)

12、的接頭，在焊后冷卻、熱處理以及將來(lái)使用中，都會(huì)在熔合區(qū)產(chǎn)生熱應(yīng)力，大大降低焊接接頭的強(qiáng)度。2 焊接工藝評(píng)定按照nb/t47014-2011承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定的要求，試板材質(zhì)為q345r，試板厚度為30mm，長(zhǎng)度和寬度滿(mǎn)足取樣要求。工藝評(píng)定試板接頭形式示意圖如（圖1）所示。2.1 堆焊隔離層在q345r材質(zhì)上堆焊enicrfe-3，考慮到母材和母材對(duì)堆焊金屬的稀釋?zhuān)瑸榱朔乐巩a(chǎn)生焊接裂紋，堆焊第一層enicrfe-3時(shí)需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度100，焊后緩冷即可。在焊完第一層enicrfe-3后，其余各層均為冷焊，并注意控制層間溫度。堆焊時(shí)，盡可能采用小規(guī)范、短弧和較快的焊接速度，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照

13、（表1）中的規(guī)定執(zhí)行。試板堆焊后，按jb/t4730-2005進(jìn)行100%pt、100%ut探傷檢測(cè)，合格等級(jí)為級(jí)。探傷合格后，試件按nb/t 47015-2011規(guī)定，q345r材質(zhì)熱處理溫度為600-6402，保溫時(shí)間為6小時(shí)。熱處理后，試件按照?qǐng)D1所示的坡口型式進(jìn)行加工坡口。2.2 組焊產(chǎn)品圖紙要求焊縫為全焊透的結(jié)構(gòu)，由于焊縫背面無(wú)法進(jìn)行清根操作，該試板采用鎢極氬弧焊+手工電弧焊進(jìn)行焊接。施焊過(guò)程中，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表2）中的規(guī)定執(zhí)行。工藝評(píng)定試板的對(duì)接焊縫焊接完成后，按jb/t4730-2005進(jìn)行100%pt、100%rt探傷檢測(cè)，合格等級(jí)分別為級(jí)和級(jí)。2.3 工藝評(píng)定結(jié)果分析焊件

14、探傷合格后，按照nb/t47014-2011的要求，進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和q345r側(cè)的熱區(qū)沖擊試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，抗拉強(qiáng)度結(jié)果滿(mǎn)足母材抗拉強(qiáng)度的要求，并具有較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備。q345r的熱區(qū)沖擊試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足沖擊功的要求，并且與原母材的沖擊性能接近，基本沒(méi)有降低，證明在堆焊完enicrfe-3后進(jìn)行最終焊后熱處理，對(duì)熱區(qū)性能起到改善作用。enicrfe-3焊縫焊接時(shí)，焊接過(guò)程對(duì)q345r母材的性能沒(méi)有產(chǎn)生不利的影響，證明隔離層起到作用且工藝規(guī)范合理。彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明在焊縫和熱區(qū)內(nèi)不存在焊接缺陷，且焊縫的韌性沒(méi)有降低，說(shuō)明所采取的焊接工藝措施可行并能獲得滿(mǎn)足要求的焊接接頭。3 結(jié)語(yǔ)1）根

15、據(jù)q345r鋼和s30408鋼的焊接特點(diǎn)，焊接時(shí)采取合理的措施并嚴(yán)格按照工藝的要求執(zhí)行，能夠有效的避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴(kuò)散，確保焊接接頭化學(xué)成分均勻。2）焊件經(jīng)無(wú)損檢測(cè)合格后，其拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能均能夠滿(mǎn)足要求。而且，金相組織分析也滿(mǎn)足要求。參考文獻(xiàn)1 gb713-2008，鍋爐和壓力容器用鋼板 s2 nb/t 47015-2011，壓力容器焊接規(guī)程s.endprint摘 要：q345r鋼與s30408鋼的異種材料焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用很廣泛。該文詳細(xì)介紹了兩種材質(zhì)的焊接特點(diǎn)，并對(duì)其焊縫進(jìn)行射線檢驗(yàn)、力學(xué)性能、彎曲性能、化學(xué)成分分析及金相組織觀察。結(jié)果表

16、明，采取合理的工藝措施，可以獲得無(wú)焊接缺陷的焊縫，避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴(kuò)散。而且，焊接接頭的拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能、化學(xué)成分及金相組織均能滿(mǎn)足要求。關(guān)鍵詞：q345r鋼 a30408鋼 焊接 異種材料：tg457.11 ：a ：1674-098x（2014）02（a）-0070-02在壓力容器的制造中，為了免除一些焊縫的熱處理，存在著大量異種材料的焊接接頭。由于異種材料在物理性能方面如熔化溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)和電阻系數(shù)等方面存在明顯差異，所以其焊接具有一定的難度。某反應(yīng)器的接管與外接管路材質(zhì)分別為q345r鋼與s30408鋼，屬于典型的異種材料結(jié)構(gòu)形式。由

17、于該條焊縫是在產(chǎn)品進(jìn)行最終焊后熱處理之后進(jìn)行焊接，為了免去該條焊縫的熱處理，所以接管端面堆焊enicrfe-3，堆焊后再進(jìn)行該條組焊焊縫的焊接。1 試驗(yàn)材料q345r鋼屬于珠光體低合金鋼，具有良好的綜合機(jī)械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及切削性能較好。因此，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備中的低壓及中壓容器，也是我國(guó)使用最早、生產(chǎn)量最大的低合金鋼之一。q345r鋼和s30408鋼兩者本身有較大差異，焊接時(shí)除了母材本身易產(chǎn)生的焊接問(wèn)題外，還有如下特點(diǎn)。1）焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織：q345r為珠光體組織，s30408為奧氏體組織，珠光體鋼含有很少的合金元素，會(huì)對(duì)焊縫金屬稀釋?zhuān)箠W氏體元素

18、含量降低，焊縫中可能出現(xiàn)脆性馬氏體組織，使焊縫塑性韌性降低，甚至產(chǎn)生裂紋。2）焊接接頭化學(xué)成分不均勻：在焊接過(guò)程中，焊縫中心與邊緣的液態(tài)金屬溫度、液態(tài)金屬停留時(shí)間各部相同，熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低，流動(dòng)性差，而且在液態(tài)停留時(shí)間段，熔化的母材不能與填充金屬充分混合，因此邊緣焊縫中母材所占比例較大：靠近q345r側(cè)熔合區(qū)的焊縫金屬中，形成一層與焊縫中心成分不同的過(guò)渡層。3）焊接接頭中碳的擴(kuò)散：q345r鋼中含碳量高，s30408鋼中含碳量低，在焊接過(guò)程中，尤其是接頭熱處理過(guò)程中，存在碳的擴(kuò)散遷移：q345r鋼被脫碳，s30408鋼被增碳。脫碳對(duì)焊接接頭的持久強(qiáng)度有不利影響，而增碳會(huì)造成s3040

19、8鋼抗晶間腐蝕能力降低。4）焊接接頭的熱應(yīng)力：s30408鋼線膨脹系數(shù)比q345r鋼大30%50%，熱導(dǎo)系數(shù)卻只有q345r鋼的1/3，這兩種材質(zhì)的接頭，在焊后冷卻、熱處理以及將來(lái)使用中，都會(huì)在熔合區(qū)產(chǎn)生熱應(yīng)力，大大降低焊接接頭的強(qiáng)度。2 焊接工藝評(píng)定按照nb/t47014-2011承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定的要求，試板材質(zhì)為q345r，試板厚度為30mm，長(zhǎng)度和寬度滿(mǎn)足取樣要求。工藝評(píng)定試板接頭形式示意圖如（圖1）所示。2.1 堆焊隔離層在q345r材質(zhì)上堆焊enicrfe-3，考慮到母材和母材對(duì)堆焊金屬的稀釋?zhuān)瑸榱朔乐巩a(chǎn)生焊接裂紋，堆焊第一層enicrfe-3時(shí)需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度100，焊后緩冷即可。在焊完第一層enicrfe-3后，其余各層均為冷焊，并注意控制層間溫度。堆焊時(shí)，盡可能采用小規(guī)范、短弧和較快的焊接速度，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表1）中的規(guī)定執(zhí)行。試板堆焊后，按jb/t4730-2005進(jìn)行100%pt、100%ut探傷檢測(cè)，合格等級(jí)為級(jí)。探傷合格后，試件按nb/t 47015-2011規(guī)定，q345r材質(zhì)熱處理溫度為600-6402，保溫時(shí)間為6小時(shí)。熱處理后，試件按照?qǐng)D1所示的坡口型式進(jìn)行加工坡口。2.2 組焊產(chǎn)品圖紙要求焊縫為全焊