不銹鋼法蘭不合理的焊接熱輸入：

　　關(guān)于不銹鋼法蘭焊接熱輸入的傳統(tǒng)觀點是, 在焊接含鉻量22%的雙相不銹鋼法蘭時,熱輸入應(yīng)限制在0.5～2.5kJ/mm,在焊接含鉻量25%的超級雙相不銹鋼對了時,熱輸入應(yīng)限制在0.5～1.5kJ/mm。當采用更低(這里指<0.5kJ/mm,熱輸入小,熱量小,冷速快!)的熱輸入時,即使對含高氮的雙相鋼,在非常快的冷卻速度下奧氏體的形成也不充分。當采用更高(這里指>1.5kJ/mm,熱輸入大,熱量大,冷速慢!)的熱輸入時,在慢的冷卻條件下,在鐵素體內(nèi)有金屬間化合物析出的趨勢。25%Cr超級雙相不銹鋼與22%Cr雙相不銹鋼相比,25%Cr超級雙相不銹鋼對了的趨勢更加明顯。

　　Karlsson等人指出,在含氮量較高的,含22%Cr雙相不銹鋼,如UNS S32205的焊接過程中形成析出物的趨勢相當?shù)?在不銹鋼法蘭焊接過程中,只要遵守上述焊接熱輸入限制就沒有風險。但是,他還進一步指出,當焊接25%Cr的超級雙相不銹鋼對了時,即使將焊接熱輸入限制在0.5～1.5kJ/mm,也不能保證多道焊縫沒有析出物。在這些高合金鋼中,焊縫的多次加熱循環(huán)會導(dǎo)致氮化鉻、二次奧氏體和包括σ相在內(nèi)的各種金屬間化合物的析出。表3列出了基本金屬和焊條的成分范圍。

　　請注意,除了按照慣例促使在焊后狀態(tài)形成奧氏體,填充金屬的鎳含量高外,填充金屬中還添加了少量銅和鎢,為了使其與基本金屬相匹配。許多填充金屬制造廠家推薦填充金屬/基本金屬的組合材料。工藝評定測試用的板厚為9.5mm。接頭坡口形式是單面V型坡口,坡口角度為60度,根部間隙為1.5mm,鈍邊為3mm。最初的工藝評定測試使用的是3.2mm的電焊條。在V型坡口中進行焊接十次后,對根部進行清根,使其露出完好的金屬,然后再焊兩個道次完成焊接。所有焊道的平均焊接熱輸入為0.7kJ/mm。在-40℃從焊縫金屬和熱影響區(qū)切取了小尺寸(8mm厚的)夏比V型缺口試樣并進行了測試。沖擊試驗要求是27J,熱影響區(qū)遠遠超過了該要求。但是在對焊縫金屬進行初次實驗和重復(fù)試驗時,三個夏比V型缺口試樣中的兩個試樣沒有達到27J。

　　為了找出焊縫金屬沖擊試驗結(jié)果不高的原因,利用掃描電子顯微鏡檢測了工藝評定測試用的焊縫試樣。僅在鐵素體內(nèi)就有大量的有角析出物。但是沒有準確確定到底是什么析出物。我們的結(jié)論是析出物是在對測試試樣進行十二道次的焊接時反復(fù)重復(fù)加熱產(chǎn)生的。

　　因此,使用相同的接頭設(shè)計和電焊條,又進行了一次新的工藝評定測試。在新的工藝測試中,為了使不銹鋼法蘭焊接熱輸入在1.2～1.3 kJ/mm之間,降低了焊接速度,焊接是通過在上部進行四個道次的焊接,在清根后進行一個道次的焊接完成的。在溫度為-40℃時,大小相同的小尺寸夏比V型缺口沖擊試樣完全超過了27J的要求。顯微組織內(nèi)也沒有各種析出物。

　　管道內(nèi)的根部焊道有呈現(xiàn)出不當熱輸入特殊情況的可能。在培訓(xùn)碳鋼管道的焊接人員時,要求他們在進行根部焊道的焊接時要采用相當快的速度進行焊接,通常,在向下立焊時,使用纖維素電焊條,然后,采用“熱焊道”的高熱輸入,防止碳鋼產(chǎn)生氫致裂紋。但是,在熱輸入較高的“熱焊道”后,進行低熱輸入的根部焊道的焊接會使根部焊道過熱,造成超級雙相不銹鋼對了的根部焊道內(nèi)金屬間化合物的析出。

　　因為在使用過程中,根部焊道表面通常與腐蝕介質(zhì)接觸,這種情況非常危險。雖然金屬間化合物有損于韌性,但是,埋在焊接接頭內(nèi)的金屬間化合物遠離暴露面,其危害程度要低于根部焊道內(nèi)的金屬間化合物,原因是埋在焊接接頭內(nèi)的金屬間化合物一般不與腐蝕介質(zhì)接觸,而根部焊道內(nèi)的金屬間化合物與腐蝕介質(zhì)接觸。在焊接雙相不銹鋼法蘭,特別是超級雙相不銹鋼法蘭管道時的規(guī)范操作是根部焊道的熱輸入要大于最初的填充焊道。厚度為6mm左右的根部焊道使用效果相當好。