焊接接头应力腐蚀控制方法
20号钢管焊接接头硫化物应力腐蚀敏感性试验

2 O号钢 管 焊 接 接头 硫 化 物 应 力 腐 蚀敏 感 性试 验
毛 荷 芳 陈 进
( 东 理 工 大 学 机 械 与 动 力 工程 学 院 , 海 20 3 ) 华 上 0 27
摘 要 : 过 c型 环 试样 应 力 腐蚀 敏 感性 试 验 , 定 了 不 同 焊 条 焊 接 2 通 评 0号 钢 管在 硫 化 氢 介 质 中的 应 力腐 蚀 开 裂 的敏 感 性 以 及 焊后 热 处理 对 S C S C的影 响 。 实验 结 果 表 明 : 2 J 2焊条 焊接 的 焊 接 接 头 比 4 J0 57焊 条 焊 接 的 抗 SC S C性 能好 ,焊后 热 处 理 可 以 降低 SC S C敏 感性 。
P
尺寸见 图 1 焊 缝 居 中。 每 种 材 料 都 准 备 两 个 试 , 样 , 做好 相应 的标 记 。 并
GB T9 4 — 8 0. 7 0 2 3 / 98 8 1 . 4 0. 5— 0. 5 0. 7 —0. 7 ≤ O. 3 ≤ 0 0 5 6 1 3 05 . 3
从 忱5 mlX4i l i l 的管段 上 取样 , 样形 状 及 l T n 试
试验 材 料为 忱5n ×4n 的 2 吼 皿 0号钢管 , 其化
学 成分 见表 1 。
表 1 2 0钢 管 的 化 学 成 分
合 金元 素 c M n S i S
w%
关键词 : 接接头 焊 硫 化 物 应 力 腐 蚀 开 裂 C型 环 文 献 标 识 码 : B 文 章 编号 :0 7 lx(0 7 0 一0 1 0 10 —0 5 2 o ) l 0 9— 3
中 图 分 类 号 :Q 5 . T 009
某 厂焦化脱 硫 装 置 压缩 机 二 段 出 口管 线 的分 液罐接管 由于硫 化 物 应 力腐 蚀 和 腐蚀 疲 劳 导 致 开 裂 。按设 计要 求 , 管线焊 接 材料 选用 J2 4 2焊 条 , 实
304不锈钢焊接接头电化学腐蚀行为研究

304不锈钢焊接接头电化学腐蚀⾏为研究摘要本⽂针对304不锈钢焊接接头分别在2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm浓度的硼酸⽔溶液和3.5%的NaCl溶液中的耐电化学腐蚀性能进⾏了研究,对焊接接头三个区域(母材区(BM)、热影响区(HAZ)和焊缝⾦属区(WM))的耐腐蚀性能的差异进⾏了分析;同时对焊接接头三部分在相应腐蚀介质的浸泡腐蚀中的耐腐蚀性能进⾏了对⽐分析。
为304不锈钢焊接钢结构在反应堆⽔下腐蚀环境下的使⽤提供实验数据和指导,为预防和减缓不锈钢焊接接头的腐蚀提供理论依据。
采⽤电化学⽅法研究了304不锈钢焊接接头的三个区域在室温下不同腐蚀介质中的电化学腐蚀⾏为和特征。
测得其在2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm的硼酸⽔溶液和3.5%的NaCl溶液中的阳极极化曲线,通过对焊接接头三个区域的⾃腐蚀电位、⾃腐蚀电流进⾏测量和对⽐分析来评定其耐蚀能⼒。
通过分析焊缝⾦属区、热影响区和母材区在不同腐蚀溶液中的电化学特征值,可知母材区的电化学腐蚀倾向⼤于焊缝⾦属区,焊缝⾦属区的电化学腐蚀倾向⼤于热影响区,⽽焊缝⾦属区的抗电化学腐蚀能⼒好于母材区,母材区的抗电化学腐蚀能⼒好于热影响区。
通过在室温下对304不锈钢焊接接头在不同浓度的硼酸⽔溶液中进⾏浸泡腐蚀试验,计算其腐蚀速率和观察其腐蚀形貌并与其在相应腐蚀介质溶液中的电化学腐蚀结果做对⽐,发现其浸泡腐蚀试验的结果与电化学腐蚀试验基本保持⼀致。
关键词:304不锈钢焊接接头;电化学腐蚀⾏为;浸泡腐蚀AbstractThe electrochemical corrosion of 304 stainless steel Weld Joints had been researched in the different concentration solution Boric acid of 2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm and 3.5%NaCl. The difference in corrosion resistance of three zones((BM)、(HAZ)and (WM)) of the Weld Joints had been analysised .At the same time, the three zones of Weld Joints had been compared and analysised by the immersion corrosion test. That offers theories for precautioning and relieving the corrosion of the stainless steel Weld Joints and experimental data and guide for the using of steel structure of 304 stainless steel under the Reactor underwater corrosion environment.The electrochemical corrosion behaviors and characteristics of three zones of 304 stainless steel Weld Joints had been researched in different corrosive media by using the method of electrochemical. The anodic polarization curves of the Weld Joint in the different concentration solution Boric acid of 2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm and 3.5%NaCl were measured. Througth comparing and analyzing corrosive potential、corrosive current to assess the ability of corrosion resistance. By analysis the electrochemical parameters of three zones((BM)、(HAZ)and (WM)) in different solution,we can draw a conclusion that the ability of corrosion tendency in BM is better than WM as well as the WM’s is better than HAZ and the ability of corrosion resistance in WM is better than BM as well as the BM’s is better than HAZ.We can reach a conclusion that there are the same results between the immersion corrosion test and the electrochemical corrosion test througth adopting the immersion corrosion test at room temperature to assess the ability of corrosion resistance of the Weld Joints in different concentration solutions Boric acid of 2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm and3.5%NaCl and calculating their erosive rate and checking the corrosive macrograph meanwhile comparing with the result of the electrochemical corrosion test in different concentration solutions.Key words: welded joint of 304 stainless steel; electrochemical corrosion behavior; immersion corrosion⽬录摘要................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................... II ⽬录.. (1)第⼀章绪论 (1)1.1 课题背景及研究的意义 (1)1.1.1 课题背景 (1)1.1.2 研究的意义 (1)1.2 不锈钢的焊接性和焊接特点 (1)1.2.1 不锈钢的焊接性 (1)1.2.2 奥⽒体不锈钢的焊接特点 (2)1.3 国内外的研究现状及分析 (3)1.3.1 核电的研究现状 (3)1.3.2 ⽔下湿法焊接的研究现状 (3)1.3.3 国内外不锈钢焊接接头耐腐蚀性研究现状 (4)1.4 研究内容 (5)1.4.1 304不锈钢的耐硼酸⽔腐蚀性能研究 (5)1.4.2 304不锈钢的耐海⽔腐蚀性能研究 (5)1.5 拟采取的研究⽅法和技术路线、预期达到的⽬标 (6)1.5.1 拟采取的研究⽅法 (6)1.5.2 技术路线 (6)1.5.3 拟解决的关键性问题 (6)1.6 本章⼩结 (6)第⼆章实验材料与试验⽅法 (7)2.1 试验材料 (7)2.2 试验⽅法 (8)2.2.1 不锈钢焊接接头的电化学腐蚀试验 (8)2.2.2 电化学腐蚀倾向分析 (9)2.2.3 阳极极化曲线分析 (10)2.2.4 不锈钢焊接接头浸泡腐蚀试验 (13)2.2.5 ⾦相分析⽅法 (13)2.3 本章⼩结 (14)第三章不锈钢焊接接头的浸泡腐蚀⾏为和特征 (15)3.1 不锈钢焊接接头⾦相组织分析 (15)3.1.1 焊接接头三区域⾦相组织的基本情况 (15)3.1.2 304不锈钢焊接接头三区域⾦相组织特征分析 (16)3.2 不锈钢焊接接头在不同浓度的硼酸⽔溶液中的浸泡腐蚀 (17) 3.2.1 不同浓度的硼酸⽔溶液中的浸泡腐蚀及相关参数 (17)3.2.2 ⼩结 (17)第四章不锈钢焊接接头的电化学腐蚀⾏为和特征 (19)4.1 不锈钢接头在不同介质中的电位时间曲线 (19)4.1.1 实验数据 (19)4.1.2 ⼩结 (20)4.2 不锈钢接头在不同介质中的极化曲线 (22)4.2.1 实验数据 (22)4.2.2 ⼩结 (23)4.3 本章⼩结 (25)结论 (27)参考⽂献 (28)致谢 (31)第⼀章绪论1.1 课题背景及研究的意义1.1.1 课题背景核能是⼀种安全、可靠、清洁的能源,对减少温室⽓体的排放也有明显的作⽤。
浅谈焊接残余应力控制措施及消除方法

浅谈焊接残余应力控制措施及消除方法摘要:文章主要阐述了焊接结构在焊接过程中产生的残余应力及应力的消除方法,主要说了焊接残余应力的分布、焊接残余应力施工中的控制、焊后消除焊接应力的方法。
关键词:焊接残余应力控制措施消除方法前言随着焊接技术的迅速发展,在短短的几十年中焊接已是工业技术中的重要方法之一。
如建筑钢结构、压力容器、船舶、车辆等中几乎全部用焊接代替了铆接。
部分过去一直用整铸整锻方法生产的大型毛坯也改成了焊接结构,焊接技术不仅大大减化了生产工艺,而且还降低了很多成本。
但是实际焊接中也存在不少问题,如焊接的内应力、焊接结构的变形、焊接结构的脆性断裂、焊接结构的疲劳强度等都直接影响着焊接的质量。
本文就对焊接残余应力进行具体分析。
一、焊接残余应力的分布在厚度不大(δ<15-20mm)的常规焊接结构中,残余应力基本上是双轴向的,厚度方向上的应力很小。
只有的大厚度的焊接结构中,厚度方向的应力才比较大。
焊接应力分别有焊缝方向的纵向应力、垂直焊缝方向的横向应力和厚度方向的应力。
二、焊接残余应力施工中的控制在焊接过程中采用一些简单的工艺措施往往可以调节内应力,降低残余内应力的峰值,避免在大面积内产生较大的拉应力,并使内应力分布更为合理。
这些措施不但可以降低残余应力,而且也可以降低焊接过程中的内应力。
因此有利于消除焊接裂纹。
现在把这些措施分述于后:1、采用合理的焊接顺序和方向尽量使焊缝能自由收缩,先焊收缩量比较大的焊缝。
如带盖板的双工字钢构件,应先焊盖板的对接焊缝,后焊盖板和工字钢之间的角焊缝,使对接焊缝能自由收缩,从而减少内应力。
先焊工作时受力较大的焊缝,如在工地焊接梁的接头时,应先留出一段翼缘角焊缝最后焊接,先焊受力最大的翼缘对接焊缝,然后焊接腹板对接焊缝,最后再焊接翼缘角焊缝。
这样的焊接次序可以使受力较大的翼缘焊缝预先承受压应力,而腹板则为拉应力。
翼缘角焊缝留在最后焊接,则可使腹板有一定的收缩余地,同时也可以在焊接翼缘板对接焊缝时采取反变形措施,防止产生角变形。
对焊接接头缺陷的分析及预防控制措施

分 的焊 条 ; 母 材 中 碳 、 、 若 硫 磷含 量较 高 时 , 应选 用碱 性 焊 条。 ( 结构复杂、 度大 、 力复杂( 受交变载荷 、 击载荷) 2) 厚 受 承 冲 的焊 件 应 选 用 碱 性 焊 条 。
2 焊接 接头 缺 陷预 防
2 1 夹 渣 .
造 成 夹 渣 的 主 要原 因 是焊 件 表 面 焊 接 前 清理 不 良( 油 、 如 锈 等 )焊 层 问 清理 不 彻 底 ( 残 留 熔 渣 )焊 接 电流 太 小 使 熔 化 金 、 如 、 属 凝 固太 快 及 焊 速 太快 ( 熔 渣 没 有 充 足 的 时 间 上 浮)操 作 不 使 、 当、 条 药 皮 受潮 以及 焊 接 材 料 选 择 不 合 适 等 。 焊
( 铸钢的含碳量一般较 大、 3) 形状 复 杂 , 容 易 产 生 焊 接 裂 很
纹 。一 般 应 选 用 碱 性 焊 条 , 取 适 当 的工 艺措 施 ( 预 热 ) 行焊 采 如 进
接。
( 焊接 前应 将 接 头 表 面 的油 污 、 、 锈 、 去 除。 4) 漆 铁 水
22 气 孔 _
焊 缝 缺 陷 的类 型 很 多 , 常 可 分 为 外 部 缺 陷 和 内部 矛 盾 缺 通 陷 。 外部 缺 陷 用 肉眼 或 低 倍 放 大 镜 可 观 察 到 ; 部 缺 陷 用 破 坏 内 性试 验 或 射 线 透 视 来 探伤 。
金属设备的应力腐蚀及预防措施

金属/设备的应力腐蚀及预防措施一、应力腐蚀的机理和特点1.应力腐蚀----金属/设备在拉应力和腐蚀介质同时作用下产生脆性破裂,叫应力腐蚀破裂。
2.应力腐蚀破裂的裂缝形态----主要有二种:a.沿晶界发展,称晶间破裂。
b.裂缝穿过晶粒,称穿晶破裂。
也有混合型,主逢为晶间型,支缝或尖端为穿晶型。
3.应力腐蚀的特征----a.必须存在拉应力(外加载核、热应力、冷/热加工或焊接后的残余应力等),若存在压应力则可抑制这种腐蚀。
b.发生应力腐蚀开裂(SCC)必须同时满足材料、环境、应力三者的特定条件。
也就是说一般只发生在一定的体系,如奥氏体不锈钢/CI-体系,碳钢/NO-3体系,铜合金/NH+4体系等。
根据介质主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐、氨、含氧水及硫化物等,而分别称为氯裂(氯脆)、碱裂(碱脆)、硝裂(硝脆)、氨裂(氨脆)、氧裂(氧脆),还有硫化物应力开裂等。
c. 应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同,它在极低的负荷应力下也能产生开裂。
d. 应力腐蚀开裂与单纯由腐蚀引起的开裂也不同,腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。
其全面腐蚀常常很轻,而且没有变形预兆,即发生突然断裂,应力腐蚀是工业生产中危害性最大的一种恶性腐蚀类型。
4.应力腐蚀的机理----应力腐蚀的机理很复杂,按照左景伊提出的理论,破裂的发生和发展可区分为三个阶段:a.金属表面生成钝化膜或保护膜。
b. 钝化膜或保护膜局部破裂,产生孔蚀或裂缝源。
c.裂缝内发生加速腐蚀,在拉应力作用下,以垂直于应力的方向深入金属内部。
裂缝多半有分枝,裂缝端部尖锐,端部的扩张速度很快,断口具有脆性断裂的特征。
二、应力腐蚀试验方法根据应力的加载方法不同,应力腐蚀试验方法主要可分为以下四类:恒变形法----给予试样一定的变形,对其在试验环境中的开裂敏感性进行评定恒载荷法(SSCC)----方法有拉伸试验、弯梁试验、C形环试验、双悬臂梁试验,常用拉伸试验,即把单轴拉伸型的试样进行H2S水溶液应力腐蚀试验,试验介质为%HAc+5%NaCl+饱和H2S水溶液,试验在恒负荷拉伸应力腐蚀试验机上进行。
焊接应力产生原因及去应力方法

焊接应力产生原因及去应力方法摘要:焊接从本质上来说是一种融化和再凝固的工艺过程,因凝固时间不同,导致先后凝固部分相互作用而产生了内应力。
这种内应力再焊接制造过程中往往带来的都是不好的质量结果,所以我们需要分析其产生原因,针对性采取措施减少焊接应力以及消除焊接应力。
关键词:焊接应力;去应力引言焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力,它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力,它是会跟着时间的变化而发生变化的,而在焊接之后,某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。
1 产生焊接残余应力的原因之所以会产生焊接残余应力,主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。
按照焊接残余应力的发生来源,可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。
直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因,它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的,根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。
间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。
焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。
间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去,焊件受到焊接发生变形,也会将其影响附加到焊接残余应力上去。
而且,焊件一旦受到外来的某一种约束,产生相应的附加应力,也属于间接应力的范畴。
组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力,它的产生是由于焊件的组织发生了变化。
虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异,但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。
2 减少焊接应力的措施焊接是产生焊接残余应力的根本原因,减少焊缝数量和尺寸能有效减少焊接量,通过控制焊接量可有效减少应力。
在同等焊接强度下,焊缝尺寸较小的,其焊接残余应力较小。
应尽量避免多条焊缝在同一部位集中,焊缝距离过近时,焊缝间会产生耦合,形成复杂残余应力场,焊缝间距离一般应大于3倍板厚且不小于100mm。
角焊缝和对接焊缝的残余应力

角焊缝和对接焊缝的残余应力角焊缝和对接焊缝是常见的焊接方式,它们在工业制造中起到了重要的作用。
然而,焊接过程中会产生残余应力,这可能对焊接件的性能和寿命产生负面影响。
本文将探讨角焊缝和对接焊缝的残余应力问题,并分析其影响因素和解决方法。
我们来了解一下角焊缝和对接焊缝的定义和特点。
角焊缝是指两个板材或构件的边缘以一定的角度进行焊接的接头,如L型接头、T 型接头等。
对接焊缝是指两个板材或构件的边缘平行或接近平行进行焊接的接头,如平对接接头、搭接接头等。
焊接过程中产生的残余应力是由于焊接金属在冷却过程中发生收缩而产生的。
对于角焊缝来说,由于焊接金属在两个方向上的收缩不一致,使得焊接接头产生了残余应力。
而对于对接焊缝来说,由于焊接金属在接头处的熔化和冷却过程中的收缩,同样也会导致残余应力的产生。
残余应力可能会对焊接件的性能和寿命产生不利影响。
首先,残余应力会导致焊接接头的变形和破裂。
特别是在高温环境下,残余应力会使焊接接头的变形更为严重,甚至导致接头的失效。
其次,残余应力还会降低焊接接头的疲劳寿命。
由于残余应力会使接头的应力集中,从而加剧了疲劳裂纹的产生和扩展。
此外,残余应力还可能引起应力腐蚀开裂和应力腐蚀腐蚀等问题,进一步加剧了焊接接头的损伤和失效。
那么,影响残余应力的因素有哪些呢?首先,焊接过程中的温度梯度是一个重要的因素。
温度梯度越大,残余应力就越大。
因此,在焊接过程中要控制好温度梯度,避免过大的温度差。
其次,焊接材料的热膨胀系数也会影响残余应力的大小。
当焊接材料的热膨胀系数差异较大时,残余应力就会增大。
因此,在焊接过程中要选择合适的焊接材料,尽量使热膨胀系数接近。
此外,焊接过程中的应力集中也会引起残余应力的增加。
因此,在设计焊接接头时要避免应力集中的情况,减小残余应力的产生。
针对角焊缝和对接焊缝的残余应力问题,有一些解决方法可以采用。
首先,可以通过预热的方式来减小残余应力。
预热可以使焊接材料在焊接过程中的温度梯度减小,从而降低残余应力的大小。
焊接接头的金属间腐蚀评估与防护

焊接接头的金属间腐蚀评估与防护焊接接头在工程实践中被广泛应用于各种金属构件的连接。
然而,由于金属间接触的复杂性以及外界环境的影响,焊接接头常常容易出现腐蚀问题。
本文将对焊接接头的金属间腐蚀现象进行评估,并提出相应的防护措施。
1.焊接接头的金属间腐蚀评估1.1 腐蚀类型焊接接头金属间的腐蚀现象主要包括:电化学腐蚀、微生物腐蚀和应力腐蚀裂纹。
电化学腐蚀是金属材料在电解质溶液中发生的电化学反应,导致金属表面崩解;微生物腐蚀是由微生物产生的代谢产物引起的金属腐蚀;应力腐蚀裂纹则是金属在应力作用下发生裂纹扩展导致腐蚀。
1.2 影响因素焊接接头金属间腐蚀的发生取决于多种因素,包括金属物理化学性质、接触面积、温度、湿度、溶液组分和接触时间等。
金属的特性,如电位、电导率和溶解度,决定了其在特定环境中的腐蚀倾向性。
1.3 评估方法评估焊接接头金属间腐蚀的方法多种多样,包括实验室测试和实际场景观察。
常用的实验室测试方法包括电化学测量、腐蚀试验和材料分析等。
实际场景观察则是通过检测焊接接头表面的腐蚀程度和影响范围来判断腐蚀的程度。
2.焊接接头金属间腐蚀的防护措施2.1 选用合适的材料选择合适的金属材料对于预防金属间腐蚀非常重要。
应该考虑材料的耐腐蚀性能和相容性,避免使用容易引发电偶腐蚀的金属组合。
此外,根据实际应用环境的需求,可以考虑使用耐腐蚀合金材料。
2.2 表面处理焊接接头的表面处理对于预防金属间腐蚀具有重要意义。
常用的表面处理方法包括喷涂涂料、电镀、热浸镀和机械处理等。
这些方法可以提供一层保护层,有效隔离外界环境对金属的侵蚀。
2.3 缓蚀剂的使用缓蚀剂是一种能够与金属表面形成保护膜的物质,能够减缓金属腐蚀速率。
通过在焊接接头表面涂覆缓蚀剂,可以提供有效的保护层,减少金属间腐蚀的发生。
2.4 阻隔层的应用阻隔层是一种能够隔离金属材料与外界环境直接接触的材料,降低金属间腐蚀的风险。
常见的阻隔层材料包括橡胶、塑料薄膜和耐腐蚀涂层等。
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浅谈焊接接头应力腐蚀控制方法
摘要:焊接过程引起焊接接头组织和力学性能的不均匀性。
本文首先对金属焊接性进行了阐述,重点研究了控制焊接接头应力腐蚀的方法。
关键词:焊接接头应力腐蚀控制
金属材料在拉伸应力和特定的腐蚀环境共同作用下出现的低于共强度极限的破裂现象称为应力腐蚀开裂。
应力腐蚀的断口呈脆性,危险性很大。
据统计,我国输油干线发生应力腐蚀的事故很多,造成巨大的经济损失。
应力腐蚀开裂往往起源于焊接接头区域。
但传统应力腐蚀开列的研究工作主要是针对母材,对焊接接头的特殊性注意较少,这与石油管理应力腐蚀开裂的实际情况存在差异,并使石油管理安全性评定和剩余使用寿命预测产生偏差。
一、金属焊接性概述
金属焊接性是金属材料对焊接加工的适应性。
主要是指在一定的焊接工艺条件下,获得优质焊接接头的难易程度。
根据讨论问题的着眼点不同,焊接性又分为工艺焊接性和使用焊接性。
工艺焊接性是指特定材料在指定工艺条件下形成优质焊接接头的能力,使用焊接性是指形成的接头适应使用要求的程度,两者都是材料在焊接过程中力学和冶金行为发展变化的结果。
自从有焊接工艺出现以来,就随之出现了焊接性问题,随着新的焊接方法的不断涌现,材料制造工艺的不断完善和新材料的出现,以及生产应用对结构越来越高的性能要求,金属焊接性问题不断得到解决又不断涌现。
因此,
焊接性仍是生产和研究中极为重要的课题之一。
1、工艺焊接性分析
工艺焊接性中最为重要的问题是各类裂纹,其中以热裂纹和冷裂纹最为普遍,长期以来一直是人们关注的问题。
因此,对它们的研究也最多。
由于早期冶炼水平有限,钢中的杂质含量较高,焊接热纹是常见的严重缺陷之一。
因而关于焊接热裂纹的理论研究较早。
可以说人们对热裂纹,尤其是凝固裂纹的产生机理较为清楚,对于与晶间液膜有关的凝固裂纹,钢中的硫含量以及低熔点硫化物起着重要作用,因此,随着冶金水平的提高,钢材中s、p含量不断降低,许多情况下,凝固裂纹的问题已基本解决。
随着石油、化工、原子能和航天事业的发展,高温合金、cr-ni 奥氏体钢和高强铝合金材料得到广泛应用。
但这些材料中具有较高的热裂敏感性,因此防止焊接热裂纹再度成为生产中迫切需要解决的问题,例如:奥氏体焊缝具有较高的热裂纹敏感性,故人们常采用有一定量的d铁素体的双相组织来防止热裂纹,但是较多的铁素体要影响钢材的耐蚀性和促进d相产生,引起d相脆化,并影响其高温性能,而奥氏体钢主要用于高温及抗腐蚀条件下的,所以对于奥氏体钢焊缝,很难通过调整焊缝的化学成分来防止凝固裂纹的产生。
研究表明,可以能过辅助热源的应用来解决这一些问题。
功率大小与能量密度合适的辅助热源,施加位置合适时,可以有效降低焊接在凝固过程中所受的拉伸应变,从而从力学角度起到防止凝固裂纹产生的效果。
焊接冷裂纹问题是随着钢材强度级别的提高出现的,研究表明,冷裂纹产生的三大要素是钢种的淬硬倾向、接头氢含量,人们已经可以从不同角度解决这一焊接问题,从冶金方面看,通过冶炼技术不断提高和轧制设备不断完善,已经开发了微合金化控轧钢等。
从工艺方面来看,如何采用低氢焊接材料,低氢焊接工艺,焊前预热,焊后除氢处理等,必要时可采用异种焊接材料进行焊接。
2、使用焊接性研究
使用焊接性中,热影响区的淬火硬化和退火软化是人们比较熟悉的问题。
近年来,m-a组元引起的低合金高强钢焊接热影响区组织脆化问题十分显著,m-a组元在中等冷速最易产生,当它存在时,成为潜在的裂纹源,促使材料脆人,解决该组元引起的脆化问题,无非从工艺和冶金两方面入手,首选是控制焊接线能量,使热输入尽可能低,母材的低si化也能减少m-a组元,另外,中温回火对m-a组元有很好的改善效果。
对于高强钢来说,工作条件的恶化,如低温环境、高温、高压等,对焊接材料的强度和接头韧性提出越来越高的要求,一般地说,焊接残余应力对结构的力学状态将产生较大影响,故重要的焊接结接构件都对其残余应力作特殊的考虑,比较彻底的方法是焊后热处理消除残余应力,但应注意焊后热处理可能会降低材料的强度,还可能引起强化相的析出,导致脆化。
焊接是一个涉及到高温物理、传热传质、冶金反应、相变的以
及残余应力和变形的复杂工艺过程,早期焊接性研究采用理论预测、数值模拟,其仅限于温度和应力应形的范围,随着计算机技术的发展,这一趋势已在迅速改变,在宽广得多的范围内正全面进行预测、模拟和尝试,人们已逐渐认识到预测和模拟作为一种战略性工具对深入理解复杂过程和革新焊接及连接技术的巨大潜力。
定量化及模拟尤其是数值模拟是焊接性研究的重要趋势。
传统的焊接性研究只有与先进的计算机技术相结合才能满足现代工业的要求,这一点也是焊接性能研究的一个重要趋势。
二、焊接接头应力腐蚀的方法
1、控制合金元素
添加合金元素为了提高钢的性能可以采用添加nb、mo、cr、v 等合金元素的方法改善组织,避免粗大的碳化物形成,使之细化和均匀化。
添加合金元素nb可以细化材质的晶粒,采用低p、低si 的钢种,同时加入一定的mo,可以防止晶界偏析;mo、cr、mn会降低c的扩散速度,可以改变表面电极电位或在h2s溶液中形成致密的钝化膜,从而阻碍氢的扩散进入。
而nb、v会和c形成nbc和v4c3,使碳化物坏化弥散分布。
降低有害元素的含量p、s、si以及as、sn、pb、bi元素具有很强的脆化晶界作用,含量应尽可能低。
同时mns夹杂是氢致裂纹的发源地,p易造成微观偏析,因此,s、p含量更应该降低。
2、控制焊接工艺
选用合适的焊接材料。
一般来讲,根据工作介质的不同,焊缝
金属的化学成分和金相组织应尽可能与母材一致,满足性能要求。
采用合适的焊接工艺。
为防止应力腐蚀开裂,在焊接工艺方面要制订合适的焊接方法、焊围和焊接顺序,过大的线能量会使昌粒粗化,也会大大增加应力腐蚀倾向。
要求不发生严重的热影响区硬化、晶粒长大和各种脆化及偏析,同时降低构件的残余应力。
如采用多层焊工艺可使熔合区应力腐蚀临界应力场强度因子大于焊缝应力腐蚀临界应力场强度因子,因为多层焊时后一道焊缝对前一道焊缝有热处理作用,前道焊缝焊接热循环作用下,使熔合区粗大组织得以细化从而提高了熔合区的scc抗力。
实践证明,热影响区硬度升高,开裂临界应力就降低,热影响区对应力腐蚀开裂倾向有相当大的影响。
焊后热处理。
由于受现场条件和成本等限制,管道焊接接头有时带着较高双向(环向和轴向)拉伸残余应力运行,可以采取焊后热处理等工艺措施消除管道焊接接头的残余应力,以提高其应力腐蚀抗力。
常用的方法有水冷散热法、感应加热法及背层堆焊法。
3、控制介质因素
降低介质浓度。
在可能的情况下,采取措施降低介质浓度,以阻上应力腐蚀产生,不同的材料在不同的介质浓度有不同的临界浓度。
增大介质ph值。
随介质的ph值增大,其scc倾向降低。
控制介质温度。
在低温和高温时,不易发生scc,对于不同的钢材发生scc的上限和下限温度不同。
综上所述,为了避免在生产过程中造成无谓的经济损失,我们相关施工人员一定要注意对焊接接头应力腐蚀进行控制,并按要求对管理及时进行全面检查,这样可以全面掌握管道发生应力腐蚀的程序,及时消除隐患。