道间温度(俗称层间温度)是指多层多道焊时,在施焊后续焊道之前,其相邻焊道应保持的最高温度。目前奥氏体不锈钢管的焊接以手工钨极氩弧焊为主。在316L不锈钢管的焊接过程中,道间温度是一个较为重要的焊接工艺参数。道间温度过高会导致焊缝处过热,导致焊道发黑;道间温度过低,在焊接时需要长时间冷却,增加施工时间,降低了施工功效。接下来,看看道间温度对316L不锈钢管焊缝性能的影响的详细试验数据。
一、焊接条件
316L不锈钢管的焊接在车间内进行,确保外界风速小于等于2m/s,外界环境温度为12~38℃,环境湿度为42%RH~86%RH。焊接过程中均采用同一焊接工艺参数,见表1。
二、焊接过程
选取规格为φ60mm×5mm的316L不锈钢管,采用手工钨极氩弧焊的焊接方法,填充材料选用ER309LMo φ2.4mm实心焊丝,保持不同道间温度进行钢管焊接,焊接过程中保证其他焊接工艺参数不变。
1.焊前准备
焊前应将坡口两侧75mm范围内的油污等杂质清理干净,组对间隙均匀,处于2.5~3.5mm范围内。焊前将316L钢管预热至设定道间温度后方可进行焊接。
2.焊接过程
焊接过程中应保持焊接工艺参数不变,每道焊缝焊接完成后均应测量道间温度。若道间温度高于设定温度,则应等待其冷却至设定温度后方可进行焊接;若道间温度低于设定温度,则应将其加热至设定温度后继续焊接。
3.非破坏性检验
焊接完成后,要进行外观检查,焊缝表面不能有未熔合、未焊透、气孔、夹钨等缺陷,焊缝余高为0~3mm。无损检测合格后才能进行射线检测,射线检测按照NB/T 47013-2015《承压设备无损检测》执行,无损检测合格后进行力学性能及晶间腐蚀试验。
4.破坏性检验
破坏性检验包括拉伸试验、弯曲试验和晶间腐蚀试验。拉伸试验按照标准GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》测定焊接接头的抗拉强度;弯曲试验按照标准GB/T 2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》及标准NB/T 47014-2011《承压设备焊接工艺评定》中规定的试验条件及参数测定焊接接头的完好性和塑性;晶间腐蚀试验按照标准ASTM A262-14《Standard to Intergra-nular Attack in Austenitic Stainless Steels》E法取样和试验。
三、试验结果
试验过程中焊接道间温度分为6组:常温(20℃)、60℃、70℃、80℃、100℃、150℃,分别进行力学性能和晶间腐蚀试验。
1.拉伸试验
根据标准要求截取试样,进行拉伸试验,不同道间温度下焊接接头平均抗拉强度曲线见图1,试验结果见表2。
2.弯曲试验
根据标准要求对每组试件截取面弯、背弯试样各2件,试验结果见表3。
3.晶间腐蚀试验
根据标准ASTM A262-14E法每组试验取3件进行晶间腐蚀试验,试验前先对试样进行敏化处理,敏化处理温度为650℃,保温2h后空冷。常温(20℃)、60℃、70℃的晶间腐蚀试样未出现晶间腐蚀裂纹;80℃、100℃、150℃的晶间腐蚀试样表面出现了晶间腐蚀裂纹,其中70℃和80℃的晶间腐蚀试样分别见图2和图3。
四、试验结果分析
通过对316L不锈钢管不同道间温度下拉伸试验结果的分析,道间温度不超过150℃时,焊接接头的抗拉强度均大于母材规定的最低抗拉强度,拉伸试验能够满足质量要求。
通过对
316L不锈钢管不同道间温度下弯曲试验结果的分析,道间温度不超过150℃时,焊接接头的弯曲试验均能满足NB/T 47014-2011《承压设备焊接工艺评定》的要求。
通过对316L不锈钢不同道间温度下晶间腐蚀试验结果的分析,道间温度与焊缝的晶间腐蚀性能有较为明显关系。当道间温度小于80℃时,能够确保焊接接头的晶间腐蚀试验合格;当道间温度大于等于80℃时,焊接接头的晶间腐蚀试验有不同程度的开裂,不能满足质量要求。
以上就是道间温度对316L不锈钢管焊缝性能的影响,通过试验数据可知,对晶间腐蚀试验不做要求时,316L不锈钢焊接的道间温度不超过150℃便可确保焊接接头的力学性能满足质量要求:要求进行晶间腐蚀试验时,应严格控制道间温度不超过80℃,否则极易发生晶间腐蚀开裂。为严格控制焊接过程中的道间温度,并提高施工效率,每道焊缝完成后可以采取必要的措施加快焊缝的冷却速度(如水冷)。
参考资料:张西雷,薛慧,王强—道间温度对316L奥氏体不锈钢管焊缝性能的影响