最火异种钢过渡段焊接填充材料的研究武威单丝滤布五金制品雨量计洗涤槽

异种钢过渡段焊接填充材料的研究

陈江辉 陈大兵 武汉大弯头学动机学院（430072）郭雄冰 国营471厂

0 序 言

为了节约成本，在火电厂设备结构中低温部分使用Cr－Mo铁素体钢，而在高温部分则用奥氏体不锈钢。这类异种钢的焊接存在不少难题：材料之间的热膨胀系数差别太大，焊缝金属与铁素体母材界面优先产生应力氧化，碳迁移的不利影响〔1～3〕等。本文研究认为采用过渡段法（铁素体和奥氏体之间接一块热膨胀系剥线机数居两种螺纹摩擦系数测试仪的软件部分母材之间的材料）同时用镍基焊接材料焊接是较理想的解决方法。试验所用2种母材是P91和00Cr17Ni14Mo3，Incoloy 800是过渡段〔4～5〕。对于P91和Incoloy 800焊接，文献〔6〕已经作了研究，表明Inconel82是较好的焊接材料。因此仅对Incoloy 800和00Cr17Ni14Mo3焊接进行研究，比较分析两类焊接材料接头力学性能和抗热裂纹敏感性，试验证明镍基填充材料较奥氏体不锈钢焊接材料适合此类异种钢焊接。

1 试验材料和方法

1．1 试验材料

母材为00Cr17Ni14Mo3和Incoloy 800。焊接材料选用A022A，自制焊条16－8－2（16％Cr－8％Ni－2％Mo）和Inconel82。成分各见表1。

1．2 试件设计和制备

1．2．1 双角焊缝试验

此试验装置如图1，平板是00Cr17Ni14Mo3钢，复板由Incoloy 800制作，为了增大约束，肋板如图焊在基板上。角焊缝均由填充材料焊满，焊缝1，焊缝2分别为5和4 mm厚。试验末了，焊缝2用来检测表面裂纹，然后用机械方法除去焊缝1，用力弯曲复板使焊缝2从根部破裂，以测量根部裂纹。以上步骤均要求按照DIN50129标准规定进行。 夹具1直未得到好的解决

1．2．2 机械性能试验

焊接接头横向拉伸试验参照《金属拉伸试验法》GB2651－89标准所规定参数制作平板对接拉伸试件。试件分别用3种焊条进行钨极电弧焊，对接坡口为单V形坡口，坡口角度60°。平板拉伸试样在室温和550℃高温下进行试验。

为了研究焊接接头的韧性，按照GB2106标准进行焊接接头夏比V型缺口冲击试验，试验所用试件是55 mm×10 mm×10 mm的标准试件。同时为了较好评价这3种填充材料接头在电厂高温高压环境下性能，在脆性温度（750℃）时效100 h后做夏比V型缺口冲击试验。此外用Mettle TA3000热机分析仪测量母材和填充材料的热膨胀系数。

集装袋

3 结果和讨论

3．1 硬度比较

3种不同焊接材料所得到接头硬度差异如图2所示。在所有的试件中，接头的硬度大于母材的硬度，即使使用奥氏体不锈钢作填充材料，结果也一样。这主要是16－8－2和A022A使焊缝含碳量有所增加。从图中明显看出，Inconel82焊缝的硬度变化较其他平缓，因此焊缝应力集中程度较小，在交变的热应力作用下接头不易断裂。同时Inconel82填充材料由于镍含量高，避免了产生硬脆组织〔1〕，因此Inconel82冷压机接头比奥氏体接头理想。 3．2 热裂纹敏感性

通过双角焊微机控制电子万能实验机是你更好的取舍缝试验（按照DIN50129标准）对这3类接头进行抗热裂纹敏感性评价，试验操作如前所叙。对这些试件进行渗透探伤，表面没有发现裂纹，同时所试验的3种填充材料接头也没有发现根部裂纹，试验说明这3种填充材料在抗热裂纹上无区别。

双角焊缝试验是评价异种钢焊接接头好坏常用试验。在高温应变测试中，这3种异种钢接头均没有表面和根部裂纹，因此3种接头均被认为是可靠的。双角焊缝试验是低应变率自约束试验，试验结果表明，焊接材料之间的差异并没有造成大的裂纹敏感性差异。由于试验是完善地模拟实际焊接情况，且接头设计条件苛刻，因此使用镍基填充材料时，热裂纹不会成问题。

3．3 拉伸性能

室温和550℃高温横向拉伸试验结果见表2。室温下A022A和16－8－2填充材料接头在熔合区拉断，而Inconel 82是在较软母材侧拉断（00Cr17Ni14Mo3）。试验证明：Inconel82接头的拉伸性能优于A022A和16－8－2接头。

对于所有试件，550℃高温拉伸性能，屈服强度和拉伸极限强度下降是可以理解的，然而在塑性方面，不锈钢接头无明显变化，而镍基接头有所下降。同时所有镍基接头在高温下试验，失效总是在母材侧发生。本文研究表明在室温下可认为Ni基熔敷金属较不锈钢有更高的强度值，表中数据也说明在550℃本公司许诺以上保修服务时镍基熔敷金属与不锈钢强度值差不多，同时〔7〕证明在550℃时也得到相同结论，因此总的来说镍基接头比A022A和16－8－2更可靠。

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