鎳基合金在碳鋼與無錫不銹鋼焊接中的應用

在電力、石油化工等行業中，異種鋼的焊接應用越來越廣泛，異種鋼焊接接頭的服役條件也日益苛刻，如何保證異種鋼焊接接頭的質量顯得尤為重要。在實際生產應用中，以珠光體型低碳鋼和奧氏體無錫不銹鋼的異種鋼焊接最為常見。珠光體型低碳鋼和奧氏體無錫不銹鋼的金屬組織和化學成分各不相同，焊接性也比較復雜，焊接時易出現問題。有用戶規定碳鋼和不銹鋼焊接的焊接材料必須采用鎳基合金，不允許使用之前通常采用的309型（Cr25-Ni13）焊接材料。
      為此，科研人員進行了鎳基合金用于碳鋼SA106 Gr.B和無錫不銹鋼SA312 TP304L焊接的工藝試驗，以確定合適的焊接工藝參數，用于指導實際生產。
      采用規格Φ168.3mm×7.11mm，長150mm的無縫鋼管對焊，每根管子一側開單邊30°坡口。采用鎢極氬氣保護焊（GTAW），焊接材料選用鎳基合金Inco82（AWS牌號為ERNiCr-3）。
      焊接前要打磨清理坡口面及兩側20mm范圍內的油污、鐵銹及氧化皮等，直至露出金屬光澤，要保證裝配質量。由于焊絲合金含量高，為防止焊縫根部氧化，打底焊接時管子內部要充氬氣保護。焊接打底時，第一層和第二層都要進行充氬保護。采用多層多道焊，要注意層間清理，防止出現焊接缺陷。
       對焊接后的試件進行射線檢測，合格后取樣進行力學性能試驗和金相組織分析。力學性能試驗測得試件拉伸強度為565MPa、532MPa，在碳鋼熱影響區斷裂，側彎（4個試樣、α=180°）試驗合格。V型缺口-20℃沖擊功Akv分別為焊縫62、60、60J，熱影響區46、67、55J（碳鋼）和118、96、104J（無錫不銹鋼）。可以看出，使用鎳基合金ERNiCr-3焊接的焊接接頭的力學性能均滿足NB/T 47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》要求，焊縫的強度、韌性均符合要求。觀察發現異種鋼焊接接頭試樣焊縫金相組織為奧氏體化的合金化合物，組織致密均勻。
      過去通常采用309型焊接材料焊接碳鋼和不銹鋼異種鋼接頭，這種接頭在長時間高溫作用下，會造成碳的遷移，嚴重影響接頭的力學性能。試驗結果表明，采用鎳基合金焊接材料，減少了高溫下碳的遷移，可防止增碳層、脫碳層及脆化過渡層的形成，保證長時間高溫工作條件下接頭的性能。采用鎳基合金進行異種鋼接頭焊接，得到的焊接接頭外觀成型良好。對焊接接頭進行100%射線檢測，沒有發現氣孔、未焊透及未熔合等焊接缺陷，焊接接頭力學性能滿足使用要求。