15CrMoR(H)+SUS321復(fù)合耐磨板的焊接!

  某石化公司催化干氣吸附氫聯(lián)合裝置的一臺(tái)核心設(shè)備,主體材質(zhì)為15CrMoR(H)+SUS321,其中基層15CrMoR(H)是在15CrMoR鋼板基礎(chǔ)上研制開(kāi)發(fā)的臨氫設(shè)備用耐磨板。該材料焊接冷裂紋敏感性較高,焊接過(guò)程易產(chǎn)生冷裂紋,因此必須對(duì)基層和堆焊層的焊接選擇合適的焊材,制定合理的焊接工藝,才能成功進(jìn)行15CrMoR(H)+SUS321復(fù)合耐磨板的焊接。

  15CrMoR(H)+SUS321復(fù)合耐磨板由化學(xué)成分和物理性能都不同的異種鋼板復(fù)合而成。復(fù)層鋼和基層鋼相比較,復(fù)層鋼有較高的Cr、Ni含量,且其含C量低(ω(C)≤0.10%),化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 15CrMoR(H)與SUS321的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

表1

  基層鋼15CrMoR(H)是珠光體耐磨板,其焊接性能較差,在冷卻速度較大的條件下,有淬硬傾向。熱影響區(qū)是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié),焊接時(shí)由于加熱極不均勻,使熱影響區(qū)不斷改變溫度、應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)。焊接熱過(guò)程使熱影響區(qū)的晶粒變粗,組織不均勻,導(dǎo)致性能惡化。熱影響區(qū)的關(guān)鍵部位是接近熔合線的粗晶區(qū),該區(qū)晶粒粗大,性能最易變壞,是產(chǎn)生各種焊接裂紋的最敏感區(qū)域。

  在焊縫堆焊層焊接中,直接用E347-16(A132)焊條施焊時(shí),會(huì)熔化部分基層,使堆焊層焊縫的合金元素稀釋?zhuān)瑢?dǎo)致此處焊縫金屬的碳含量增高,降低了耐磨性能,同時(shí)此處焊縫還會(huì)形成淬硬的馬氏體組織,易產(chǎn)生裂紋。因此,在基層和復(fù)層交界面上增加一層過(guò)渡層,該層選用高CrNi型焊條E309L-16(A062),其焊縫金屬被基層稀釋后,合金成分會(huì)降低,但仍可保證結(jié)合區(qū)具有良好的塑性。

  復(fù)層鋼SUS321和基層鋼15CrMoR(H)的熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)存在很大差異,材料在加熱和冷卻時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力。同時(shí),在施焊過(guò)程中,由于加熱和冷卻不均勻,在基層的厚度方向會(huì)產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力,這種殘余應(yīng)力在復(fù)合耐磨板表面形成拉伸應(yīng)力,這兩種應(yīng)力的疊加是復(fù)合耐磨板焊接產(chǎn)生裂紋的主要原因。

  可見(jiàn),對(duì)于15CrMoR(H)+SUS321復(fù)合耐磨板的焊接,為保證焊接質(zhì)量,必須選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧?、坡口型式、合理的焊接、熱處理工藝。采取相?yīng)措施后,所有焊縫的一次探傷合格率超過(guò)98%,一次返修合格率為100%,符合設(shè)計(jì)要求,為今后焊接此類(lèi)復(fù)合耐磨板積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。