不锈钢绞股焊丝横焊堆焊层组织与性能

　　贾蒙储继君徐锴吕晓春徐玉君郭枭
　　摘要：为解决不锈钢药芯焊丝在加氢反应器人孔及凸台密封面横焊堆焊时易产生夹渣等焊接缺陷的问题，文中选用规格为1。6mm的ER309L与ER347L不锈钢绞股焊丝进行了横焊堆焊工艺试验。对于堆焊层组织与性能进行了分析。结果表明，不锈钢绞股焊丝横焊堆焊层组织为奥氏体铁素体双相组织；堆焊层铁素体含量为5FN，晶间腐蚀试验、侧弯试验及硬度试验结果均符合相应技术指标要求。
　　关键词：横焊堆焊；不锈钢；绞股焊丝
　　中图分类号：TG406
　　MicrostructureandpropertiesofsurfacinglayerbyMAGtransversesurfacingwithstrandedwireforstainlesssteel
　　JiaMeng，ChuJijun，XuKai，LXiaochun，XuYujun，GuoXiao
　　（HarbinWeldingInstituteLimitedCompany，Harbin150028，Heilongjiang，China）
　　Abstract：Inordertosolvetheproblemsofslaginclusionandotherweldingdefectseasilyproducedintransversesurfacingmanholeandsealingsurfaceofbulgeinhydrogenationreactorwithfluxcoredwireforstainlesssteel，ER309LandER347Ltwistedwiresforstainlesssteelwiththespecificationof1。6mmwereselectedtocarryouttransversesurfacingprocesstestinthispaper。Microstructureandpropertiesofthesurfacinglayerwereanalyzed。Theresultsshowedthatmicrostructureofthesurfacinglayerwasdoublephasesofausteniteandferrite。Theferritecontentofthesurfacinglayerwas5FN。Resultsofintergranularcorrosiontest，sidebendingtestandhardnesstestallmetthecorrespondingtechnicalrequirements。
　　Keywords：transversesurfacing；stainlesssteel；strandedwire
　　0前言
　　加氫反应器作为加氢裂化的核心设备，长期工作在高温、高压及腐蚀性环境中。为了保证其服役性能，必须要在加氢反应器零部件内壁堆焊耐蚀层〔13〕。对于加氢反应器人孔及凸台密封面来讲，受零件尺寸及焊接位置的影响，其现有的堆焊工艺为：首先，采用ER309L不锈钢药芯焊丝横焊堆焊厚度为3mm的过渡层；然后，采用ER347L不锈钢药芯焊丝在过渡层的基础之上堆焊厚度为3。5mm的复层。由于受到熔池下淌等因素的影响，不锈钢药芯焊丝横焊堆焊层极易产生夹渣缺陷。夹渣的存在增加了产品的返修工时与制造成本。
　　绞股焊丝作为近几年来新兴起的一种异形结构焊丝，研究者通过理论研究和试验验证已经证明了其具有熔敷效率高、稀释率等特点〔47〕。上述特点使得绞股焊丝在应用到堆焊时具有天然的优势。目前，针对绞股焊丝堆焊的研究均集中在平焊位置，对于不锈钢绞股焊丝横焊位置堆焊的相关试验研究尚未展开。文中选用直径1。6mm的不锈钢绞股焊丝来展开气体保护横焊堆焊工艺试验，为后续不锈钢绞股焊丝堆焊工艺的实际应用奠定基础。
　　1试验材料及方法
　　采用直径1。6mm的ER309L不锈钢绞股焊丝堆焊厚度为3mm的过渡层；然后，选用同直径的ER347L不锈钢绞股焊丝在过渡层基础上堆焊厚度3。5mm的复层。上述不锈钢绞股焊丝由3根同直径、同材质的单丝捻制而成，其横截面示意图如图1所示。表1与表2分别为ER309L不锈钢绞股焊丝与ER347L不锈钢绞股焊丝的化学成分，其化学成分满足GBT297132013《不锈钢焊丝和焊带》标准的技术要求。
　　横焊堆焊所用焊接电源型号为麦格米特ArtsenPlus500D，电源极性为直流反接。焊枪与母材之间夹角如图2所示。采用97。5Ar2。5CO2混合气体作为保护气体；母材规格为300mm150mm20mm，材质为12Cr2Mo1R。试验前清理试板表面油锈及氧化层，保证待焊表面的清洁度符合试验要求。按照表3的工艺参数进行横焊堆焊工艺试验。焊态下，对堆焊层表层铁素体含量和化学成分进行分析；焊后热处理状态下（6908h）对不锈钢绞股焊丝横焊堆焊层晶间腐蚀性能及侧弯和硬度等理化性能进行测试。
　　2试验结果
　　2。1显微组织分析
　　图3为显微组织图。图3a～3d依次为不锈钢绞股焊丝横焊堆焊层熔合线、热影响区粗晶区、堆焊过渡层及复层的显微组织。图3a中可见，不锈钢堆焊层与母材熔合线处冶金结合良好，熔合线较为平滑，堆焊层内无夹杂、微裂纹等缺陷。图3b所示为堆焊热影响区过热区组织形貌。过热区组织为粒状贝氏体与板条贝氏体，由于所经历的焊接热循环峰值温度很高，导致其晶粒尺寸稍有粗大。图3c与图3d分别为堆焊过渡层与堆焊复层的显微组织，其形貌为奥氏体铁素体双相组织。
　　2。2铁素体含量與化学成分
　　图4为不锈钢绞股焊丝横焊堆焊层厚度分布示意图。堆焊完成后，焊态下利用FMP30型铁素体仪按照GBT19542008《铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法》标准测量堆焊层铁素体含量。
　　堆焊层化学元素取样方法：先从堆焊层表面刨去2。5mm，然后在距离表面2。5～3。0mm范围内取样。
　　堆焊表层铁素体含量的测试结果见表4，其平均值为5FN，满足堆焊层铁素体数3～8FN的工程指标。表5为堆焊层表面熔敷金属化学成分分析结果，各化学元素实际测量值满足工程要求。
　　2。3晶间腐蚀
　　按照GBT43342008《金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法》标准E法完成了硫酸硫酸铜晶间腐蚀试验来检测堆焊层耐晶间腐蚀腐蚀性。试样尺寸为80mm25mm2mm，取样方式为先刨去堆焊层表面0。5mm，然后线切割取样，磨床磨削试样表面。后在加有铜屑的硫酸硫酸铜溶液中微沸状态下连续试验16h，然后以3倍压头做双向弯曲试验。图5为经过晶间腐蚀试验之后的试样，借助于10倍放大镜观察晶间腐蚀试样表面部分，表面未发现裂纹。
　　2。4堆焊层力学性能分析
　　按照GBT26532008《焊接接头弯曲试验方法》标准从不锈钢绞股焊丝横焊堆焊试板中取横向大、小侧弯试样。压头直径为板厚4倍，弯曲角度180。图6为不锈钢绞股焊丝横焊堆焊层侧弯试验结果，大、小侧弯试样在弯曲后均未产生裂纹缺陷。
　　硬度是评价材料性能的重要指标之一，也是程中常用的一种快速质量评价手段。按照GBT4340。12009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》标准对横焊堆焊层、熔合线及基体材料的维氏硬度值进行分析。表6为横焊堆焊层硬度值的分析结果，硬度最大值出现在热影响区。整个堆焊层的硬度均低于参考值248HV10。
　　3结论
　　不锈钢绞股焊丝横焊堆焊层组织为奥氏体铁素体双相组织。通过对不锈钢绞股焊丝堆焊层铁素体含量、化学成分、硬度、侧弯以及晶间腐蚀试验等理化性能进行检测，各性能均满足相关技术指标要求，可以进行工程应用。
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