化学元素及焊接热对低合金钢埋弧焊丝的影响.pdf
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1、CFHI2023 年 第 3 期(总 213 期)CFHI TECHNOLOGY表 1SA508-3 低合金钢试板化学成分(w.t%)随着我国工业技术的不断发展,先进焊接技术的应用日趋广泛。但在传统制造业领域,焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等传统焊接方法的使用比例和应用范围仍然是最大的。本文依托某核电项目,对制造核反应堆主设备常用的、不同批次的、部分化学成分存在差异,但均满足标准和技术要求的低合金钢埋弧焊焊丝-焊剂进行研究,对比不同焊接热输入焊接焊缝的性能,确定元素及焊接热输入对低合金钢焊缝力学性能的影响,为制造厂在焊接材料验收和使用不同批次焊材制造产品提供数据和经验。1试验材料和方法1.1试
2、验材料本文采用核反应堆压力容器常用的 SA508-3低合金钢试板,满足 ASME 标准要求(见表 1)。采用的低合金钢埋弧焊焊丝、焊剂为进口焊材,共 4 个批次,焊丝规格为 覫4 mm(见表 2)。1.2试验方法对接焊试板厚度 34 mm(见图 1),焊接设备采用伊萨自动埋弧焊机。焊前预热温度 120160益,使用埋弧焊平焊位焊接。焊接过程中,道间温1.一重集团大连核电石化有限公司高级工程师,辽宁大连116113化学元素及焊接热对低合金钢埋弧焊丝的影响冯东旭1摘要:对某核反应堆主设备制造过程中常用的低合金钢埋弧焊丝、焊剂进行研究,通过对比分析不同焊接热输入焊接焊缝的性能,确定元素及焊接热对低合
3、金钢焊缝力学性能的影响,为制造厂验收焊接材料,以及使用不同批次焊材制造产品提供经验数据。关键词:埋弧焊;化学元素;焊接热输入中图分类号:TG42文献标识码:B文章编号:1673-3355(2023)03-0008-03Research on Influence of Chemical Elements and Welding Heat on Low Alloy Steel SubmergedArc Welding WireFeng DongxuAbstract:This paper studies the low-alloy steel submerged arc welding wire a
4、nd flux commonly used in the manufacturingprocess of a certain nuclear reactor main equipment.Performance of welding seams with different welding heat input arecompared and analyzed to define the influence of chemical elements and welding heat on the mechanical properties of thelow-alloy steel weldi
5、ng seam,in order to provide experimental data to the manufacturing factory to use for acceptance ofwelding consumables and for application of different batches of welding consumables.Key words:Submerged arc welding;chemical element;welding heat input10.3969/j.issn.1673-3355.2023.03.008表 2试验焊材化学成分CSi
6、MnPS0.200.191.410.0030.002CrNiMoCuV0.140.770.500.020.006编号CSiMnNiMoTiCr1#0.080.231.480.700.440.020.042#0.080.231.470.700.500.030.093#0.080.201.410.690.500.020.094#0.070.201.460.700.490.020.04272023 年 第 3 期(总 213 期)CFHI一重技术表 4为各批次焊材熔敷金属的力学性能试验结果表 3试板焊接参数(a)大规范参数焊接接头(b)小规范参数焊接接头图 1两种焊接规范的焊接接头度不低于预热温度,
7、最高不超过 250 益,焊后250400 益热处理 2 h。每批焊材分别以大规范参数和小规范参数各焊一块试板(见表 3),将每块试板分解为两部分,一部分做力学性能测试,一部分模拟焊后热处理后再进行力学性能测试。模拟焊后热处理制度为(615依10)益,时间 40 h。2结果与讨论2.1试验结果由于每批焊材分别使用两种参数进行焊接,将大规范参数试板编为 1 组,小规范参数试板编为 2组(见表 4)。2.2化学元素对力学性能的影响对比四个批次焊材的化学成分,C、Ni、Ti 含量基本一致,Si、Mn、Mo 和 Cr 的含量存在一定差异。Si 是封闭 酌 相区元素,可使 A3点上升,A4点下降。Si 在
8、铁基材料中不形成碳化物,通常以固溶体形式存在于铁素体或奥氏体中,当钢中 C 不高时,Si 的作用越显著。Si 的固溶强化作用极强,在铁基材料中加入少量 Si 能够提高强度和冷加工硬化率,但会降低材料塑性和韧性。Si 能够提高材料的弹性极限、屈服强度,进而增加材料的屈强比,所以弹簧钢中通常含 Si。在铁素体钢中,Si能够降低 C 的扩散速度,使回火时碳化物不易聚集,增强钢的回火稳定性,钢中含有其他引起回火脆性的元素时,增加 Si 将加剧材料的回火脆性,但当钢中不含引起回火脆性的元素时,Si 对钢的回火脆性影响不大。Mn 是无限扩大 酌 相区元素,能使 A3点下降,A4点上升,增加 酌 相稳定存在
9、的温度区间,在高碳钢中,当 Mn 增加到一定数量时,甚至能够在室温下获得稳定的奥氏体相。Mn 在铁基材料中能够与铁部分互溶,形成固溶体,部分与 Fe、C 化合,形成渗碳体。虽然 Mn 的固溶强化效果不如 C、Si,但在低碳钢中,适当增加 Mn 能够在不降低材料韧性的前提下,提高铁素体和奥氏体的硬度和强度,作用与 Ni 相似。在一些低合金高强钢化学成分设计时,常常在一定范围内使用 Mn 替代 Ni,来降低材料制造成本。Mn 能够显著降低马氏体转变温度,提高材料淬透性,但 Mn 可以增加钢的过热敏感性和回火脆性,易使晶粒粗化。为了控制含锰钢的力学性能,在热处理中,必须严格控制淬火温度,回火时快速冷
10、却。Mo 是缩小 酌 相区的元素,在钢中加入 Mo 可以提高 A3点,降低 A4点。Mo 在铁基材料中有细化晶粒,提高淬透性、提高热强性、防止回火脆性等作用,在某些成分范围内,Mo 还能在一定程度上提高抗腐蚀性能。Mo 能够与铁部分互溶,形成固溶体,对材料起固溶强化作用;Mo 还能与 Fe、C 化合,形成碳化物。Mo 的碳化物种类比较多,最常见的 M23C6和 M6C 型碳化物。M23C6型碳化物还能溶解 Cr、W 和 V 等多种合金元素,组成更加复杂,此外还有六角结构的 Mo2C 型碳化物。Mo属于强碳化物形成元素,与 C 结合能力低于 Ti、V参数类型焊接热输入(J/mm)电流 A电压 V
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