碳钢与承载不锈钢异种钢焊接的焊材选用

生物质发电,垃圾发电在国内大力发展,在此类余热锅炉中,对省煤器,过热器都会在管材上焊接不锈钢材料,以增加钢管防磨防腐性能。本文通过选用两种不同焊材焊接碳钢与不锈钢钢板进行对比分析,试验结果表明,两种焊材都能满足要求,但从成本及保护不锈钢管角度考虑,E5015-A1焊材是较优选择。

目前,在垃圾发电及生物质余热锅炉中,过热器,省煤器迎风面管材上焊接不锈钢材料以避免管材腐蚀及磨损。根据不锈钢管内温度和炉膛温度,在过热器,省煤器选用耐热钢或碳钢,防腐防磨材料为奥氏体不锈钢。下面对碳钢钢板与防磨板(材料为06Cr25Ni20)焊接式样试验,从而找出满足性能要求及使用要求,同时又能降低制造成本的焊接材料。

1焊接对比试验

1.1试验材料

试验用母材及焊材的化学成分和力学性能见表1。母材Q345R,符合GB/T 7132014标准;母材06Cr25Ni20符合GB/T42382015;焊材E3019-16符合GB/T9832012NB/T47018.22017;焊材E5015-A1符合GB/T 51182012NB/T 47018.22017

1.2焊接方法及工艺参数

碳钢Q345R与不锈钢钢板06Cr25Ni20对接,δ=20 mmV型坡口,单面30°。试板采用Φ3.2 mm焊条打底,Φ4 mm焊条打底,背面清根,Φ4 mm焊妥。焊接完成后,两块试板RT 100%检查。探伤合格后进行焊后热处理。焊接及热处理参数见表2

2结果与分析

2.1力学性能

两个式样力学性能抗拉强度,1号式样:561MPa585 MPa,断裂在碳钢侧;2号式样:619 MPa610 MPa,断裂在碳钢侧;其强度高于母材最小抗拉强度485 MPa350℃高温下抗拉强度见表3

NB/T 470142011对各式样进行侧弯180°,试验结果合格。

常温冲击试验,两侧热影响区和焊缝冲击试验合格。

2.2金相组织分析

上面图片为式样1和式样2两侧母材与焊缝熔合区金相照片:从图1~4金相照片可得出:

1)采用不锈钢焊条的式样1在碳钢侧熔合区出现较为明显的脱碳层,在不锈钢侧焊缝呈现焊缝柱状晶形状。其焊缝组织未A+C点。

2)采用耐热钢焊条的式样2在碳钢侧熔合区晶粒细小均匀,组织为F+S,与母材组织相似。不锈钢侧未出现明显的脱碳层。

3综合分析

根据NB/T 47014的相关要求,从常温力学性能以及瞬时高温性能看,式样1和式样2都能满足标准要求。

不锈钢与碳钢焊接为异种钢焊接,在异种钢焊接过程中,需克服几个大的问题,比如:焊缝合金元素与母材的匹配,碳迁移产生的脱碳层性能下降,以及材料的热膨胀系数不同产生的热应力等。在锅炉运行过程中,其不锈钢管起到热交换作用,其承受内部压力,以及不锈钢管内外壁热应力。对于式样1,在碳钢侧出现脱碳层,根据现有研究:在贫碳区中有塑性应变集中现象,导致其损伤加剧,成为裂纹扩展过程的较弱环节。采用不锈钢焊条焊接式样,碳钢侧易出现脱碳层,其性能降低,在锅炉运行过程中,受热应力影响不锈钢管会拉裂,裂纹在熔合区扩展,最终锅炉漏水引起锅炉停炉。从保护不锈钢管角度,并避免受压部件侧出现脱碳层以满足安全使用要求,其焊接材料应采用非不锈钢焊条为宜。

4结论

1)在垃圾炉生产制造中,碳钢与非承载不锈钢异种钢焊接,选择耐热钢焊条,和不锈钢钢条都能满足焊接接头力学性能。

2)为保证垃圾余热锅炉产品安全使用,保证不锈钢管长效使用,应选用耐热钢焊条以避免不锈钢管侧出现脱碳层,并避免焊缝出现应力集中。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|小口径厚壁钢管

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