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06Cr13為鐵素體不銹鋼,室溫至600℃左右,塑性.碳素鋼和奧氏體不銹鋼之間的韌性和耐腐蝕性,Ni元素含量低可降低生產成本,焊接過程不易產生熱裂紋,比奧氏體不銹鋼具有更好的耐晶間腐蝕性和腐蝕性。目前,中國06Cr13熱交換鋼管的使用較少,熱交換管的材料主要是碳鋼.低合金鋼和奧氏體不銹鋼,對于腐蝕性弱或無腐蝕性介質,換熱管的選擇一般按使用溫度劃分,低于400℃碳素鋼(如10)高于400℃低合金鋼(如15)CrMo),碳鋼和低合金鋼合金元素少,耐腐蝕性差,價格低。奧氏體不銹鋼一般用于強腐蝕介質,溫度范圍大(室溫至700℃),合金元素豐富,耐腐蝕性強,可廣泛應用于高溫、強腐蝕介質等惡劣條件。
但如果用奧氏體不銹鋼代替06Cr13.這不僅會浪費奧氏體不銹鋼,還會降低換熱管在某些腐蝕介質中的耐腐蝕性.降低換熱設備的使用壽命,如何滿足換熱器使用環境的要求值得我們深入研究,確保其在服務期間安全可靠運行,降低生產成本。因此,本試驗選擇06Cr13換熱鋼管與06Cr19Ni10管板進行GTAW管頭自動焊接使用ER316L.ER309L及ERNiCr-通過焊接試驗制定合理的焊接工藝參數,分析研究06Cr13換熱鋼管與06Cr19Ni10管板平縫的焊接性06Cr13換熱鋼管的推廣意義重大。
試驗采用管板焊接型,試驗材料分別為06Cr13換熱鋼管.06Cr19Ni10不銹鋼管板和ER316L.ER309L及ERNiCr-焊絲,其力學性能和化學成分如表1和表2所示。
換熱器管板平縫的接頭類型如圖1所示,首先采用點固焊法固定管板和管道,焊接位置為12點和6點。
選用GTAW管頭自動焊接,工藝參數主要包括:預熱時間.衰減時間.焊接速度.送絲速度.基值電流.峰值電流和電壓直接影響焊接材料與母材的融合和焊縫的形成,對焊接接頭的質量(表3)起著重要作用。
焊接試件后進行目視檢測,焊縫外觀無裂紋.咬邊.氣孔、夾渣等缺陷,焊肉飽滿,成型良好。焊接后,原表面有金屬色氧化膜。用不銹鋼刷清洗后,可全部去除,露出銀白色金屬光澤,符合評價要求。
清潔滲透試驗合格試件表面進行解剖,試件剖面無裂紋.氣孔和夾渣的熔深分別為2.62mm(ER316L焊絲填充).2.68mm(ER309L焊絲填充)。試件剖面依次用砂紙和拋光機打磨,直至磨痕清除干凈,使其光滑.無痕鏡面,打磨時盡量均勻,減少劃痕。清洗后,用清水沖洗,然后用酒精擦拭殘留的磨料.拋光劑等雜物,選用的侵蝕劑為苦酸鹽酸酒精溶液,擦拭約1分半鐘后沖洗樣品.吹干。通過Leica顯微鏡放大200倍觀察到的顯微組織如圖3所示.4.熔合區和焊縫清晰可見,焊縫組織均勻,無微裂紋,管板焊接良好。焊縫鐵素體含量按數點法計算,依次為23.1%~29.47%(ER316L焊絲填充).22.7%~29.26%(ER309L焊絲填充)。
以管道為起點,依次取管道.管側融合線.焊縫.板側融合線和板處的硬度值如圖5所示。→焊縫→板材硬度為1-峰值曲線,焊縫硬度最大,焊縫硬度值接近,硬度檢測符合要求。
通過金相觀察和數點法計算鐵素體含量,可以看出兩種焊絲的焊縫組織與鐵素體含量非常相似。這主要是因為兩種焊絲的焊接試驗都選擇了平縫的接頭類型,焊縫的兩層分別是自熔和填充。熔融金屬的組成見圖6。
使用ER316L.ER309L及ERNiCr-3對06Cr13換熱鋼管與06Cr19Ni10管板平縫焊接,PT檢測ERNiCr-3.焊接后試件有大量裂紋,試驗結果不合格。通過各種宏觀和微觀方法檢測后,其余兩種焊絲的焊縫無裂紋,證明所選焊接參數合理ER316L奧氏體在平縫中.因此,鐵素體雙相組織具有良好的抗裂性能06Cr13換熱鋼管與06Cr19Ni10管板平縫焊接時,建議使用ER316L焊絲。