本站原创摘 要：Q345R钢与S30408钢的异种材料焊接,在压力容器制造中应用很广泛.该文详细介绍了两种材质的焊接特点,并对其焊缝进行射线检验、力学性能、弯曲性能、化学成分分析及金相组织观察.结果表明,采取合理的工艺措施,可以获得无焊接缺陷的焊缝,避免了焊接接头出现脆性马氏体组织,可以控制碳的扩散.而且,焊接接头的拉伸性能、冲击性能、弯曲性能、化学成分及金相组织均能满足要求.
关 键 词：Q345R钢A30408钢焊接异种材料
中图分类号：TG457.11文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0070-02
在压力容器的制造中,为了免除一些焊缝的热处理,存在着大量异种材料的焊接接头.由于异种材料在物理性能方面如熔化温度、导热系数、线膨胀系数和电阻系数等方面存在明显差异,所以其焊接具有一定的难度.
某反应器的接管与外接管路材质分别为Q345R钢与S30408钢,属于典型的异种材料结构形式.由于该条焊缝是在产品进行最终焊后热处理之后进行焊接,为了免去该条焊缝的热处理,所以接管端面堆焊ENiCrFe-3,堆焊后再进行该条组焊焊缝的焊接.
1试验材料
Q345R钢属于珠光体低合金钢,具有良好的综合机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性,冷冲压及切削性能较好.因此,广泛应用于石油化工设备中的低压及中压容器,也是我国使用最早、生产量最大的低合金钢之一.
Q345R钢和S30408钢两者本身有较大差异,焊接时除了母材本身易产生的焊接问题外,还有如下特点.
1）焊接接头出现脆性马氏体组织：Q345R为珠光体组织,S30408为奥氏体组织,珠光体钢含有很少的合金元素,会对焊缝金属稀释,使奥氏体元素含量降低,焊缝中可能出现脆性马氏体组织,使焊缝塑性韧性降低,甚至产生裂纹.
2）焊接接头化学成分不均匀：在焊接过程中,焊缝中心与边缘的液态金属温度、液态金属停留时间各部相同,熔池边缘的液态金属温度较低,流动性差,而且在液态停留时间段,熔化的母材不能与填充金属充分混合,因此边缘焊缝中母材所占比例较大：靠近Q345R侧熔合区的焊缝金属中,形成一层与焊缝中心成分不同的过渡层.
3）焊接接头中碳的扩散：Q345R钢中含碳量高,S30408钢中含碳量低,在焊接过程中,尤其是接头热处理过程中,存在碳的扩散迁移：Q345R钢被脱碳,S30408钢被增碳.脱碳对焊接接头的持久强度有不利影响,而增碳会造成S30408钢抗晶间腐蚀能力降低.
4）焊接接头的热应力：S30408钢线膨胀系数比Q345R钢大30%～50%,热导系数却只有Q345R钢的1/3,这两种材质的接头,在焊后冷却、热处理以及将来使用中,都会在熔合区产生热应力,大大降低焊接接头的强度.
2焊接工艺评定
按照NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》的要求,试板材质为Q345R,试板厚度为30mm,长度和宽度满足取样要求.工艺评定试板接头形式示意图如（图1）所示.
2.1堆焊隔离层
在Q345R材质上堆焊ENiCrFe-3,考虑到母材和母材对堆焊金属的稀释,为了防止产生焊接裂纹,堆焊第一层ENiCrFe-3时需要进行预热,预热温度≥100℃,焊后缓冷即可.在焊完第一层ENiCrFe-3后,其余各层均为冷焊,并注意控制层间温度.堆焊时,尽可能采用小规范、短弧和较快的焊接速度,焊接参数严格按照（表1）中的规定执行.
试板堆焊后,按JB/T4730-2005进行100%PT、100%UT探伤检测,合格等级为Ⅰ级.探伤合格后,试件按NB/T47015-2011规定,Q345R材质热处理温度为600-640℃[2],保温时间为6小时.热处理后,试件按照图1所示的坡口型式进行加工坡口.
2.2组焊
产品图纸要求焊缝为全焊透的结构,由于焊缝背面无法进行清根操作,该试板采用钨极氩弧焊+手工电弧焊进行焊接.施焊过程中,焊接参数严格按照（表2）中的规定执行.
工艺评定试板的对接焊缝焊接完成后,按JB/T4730-2005进行100%PT、100%RT探伤检测,合格等级分别为Ⅰ级和Ⅱ级.
2.3工艺评定结果分析
焊件探伤合格后,按照NB/T47014-2011的要求,进行了拉伸试验、弯曲试验和Q345R侧的热区冲击试验.从试验结果可以看出,抗拉强度结果满足母材抗拉强度的要求,并具有较高的强度储备.Q345R的热区冲击试验结果满足冲击功的要求,并且与原母材的冲击性能接近,基本没有降低,证明在堆焊完ENiCrFe-3后进行最终焊后热处理,对热区性能起到改善作用.ENiCrFe-3焊缝焊接时,焊接过程对Q345R母材的性能没有产生不利的影响,证明隔离层起到作用且工艺规范合理.弯曲试验结果表明在焊缝和热区内不存在焊接缺陷,且焊缝的韧性没有降低,说明所采取的焊接工艺措施可行并能获得满足要求的焊接接头.
3结语
1）根据Q345R钢和S30408钢的焊接特点,焊接时采取合理的措施并严格按照工艺的要求执行,能够有效的避免了焊接接头出现脆性马氏体组织,可以控制碳的扩散,确保焊接接头化学成分均匀.
2）焊件经无损检测合格后,其拉伸性能、冲击性能、弯曲性能均能够满足要求.而且,金相组织分析也满足要求.