ASME规范中不锈钢焊接材料的选用

第 32卷 第 3期 2003年 5月 石 油 化 工 设 备 PETRO—CHEMICAL EQUIPMENT Vo1．32 No．3 May 2003 ， + — — ‘— ‘— ‘— ：标 准 化； k— + + + + ．√ 文章编号 ：1000-7466(2003)03一o037—03 ASME规范中不锈钢焊接材料的选用 安淑华 (中国石化集团广州分公司，广东 广州 510726) 摘要：按 ASME规范选材时，常忽略不锈钢焊接材料的特殊性能。对不锈钢焊条、焊丝、填充丝和 药芯焊条的选用作了详细介绍，可以为不锈钢焊材的使用者提供参考。 关 键 词 ：不锈钢 ；焊接材料 ；ASME规范 ；选用 中图分类号 ：TG 42 文献标识码：B 我国许多不锈钢压力容器、管道及制 品正逐步 采用 ASME钢材，但在执行 ASME锅炉及压力容器 规范第Ⅱ卷 c篇《焊丝、焊条与填充金属》的过程 中[1]，一般只注意到焊接材料及焊缝熔金属的化学成 分和力学性能，而忽视了铁素体含量、低温冲击性能、 耐腐蚀性能以及使用性能等。文中就不锈钢焊条、焊 丝、填充丝和药芯焊条的选用作了较详细的介绍。 1 不锈钢手工电弧焊焊条 1．1 焊条分类及性能 属 ASME／AWS A5．4规定的焊条，其熔敷的焊 缝金属铬含量必须不小于 10．5％，并且铁含量应超 过其它任何元素的含量。 该标准中的焊条以未经稀释焊缝金属的化学成 分分类，同时也按焊接电流和焊接位置进一步细分， 见 1。每一系列包括普通焊条、高温下使用的焊 条以及其它的含钼焊条等，如 E308系列包括 E3o8、 E308L、E308H和 E308Mo等。E308L的化学成分中 除限制碳含量外，其余与 E308相同，用此焊条熔敷 的焊缝碳含量不大于 O．04％，从而可以在没有 Nb、 Ti等稳定元素的情况下，提高抗晶间腐蚀能力。 E308H的化学成分 中除允 许 的碳含量限制在 E308 成分范围的上限之外，其余元素与 E308完全一样。 E308Mo的化学成分中除加入了 Mo之外，其余亦与 E308相同，加 Mo是为了提高焊缝中铁素体含量。 除FA10．XX和 FA30．XX类别外，其它不锈钢焊 表 1 不锈钢手工电弧焊 焊条类别和焊条名称 条焊后均不进行处理。对不锈钢焊条 ，一般需进行 焊缝金属化学分析、全焊缝金属拉伸试验和角焊缝 试验。进行角焊缝试验是考核焊条的工艺性，要求 焊缝不得有裂纹和其他会影响强度的开口性缺陷。 1．2 培敷金属中的铁素体 铁素体对降低焊缝金属中的裂纹和微裂纹倾向 有好处，但不是必不可少。当焊缝处于高拘束状态 下时，铁素体是有帮助的。但在某些介质中，铁素体 可破坏材料的耐腐蚀性，且在高温下会变为脆性相。 可以用各种磁性仪测量铁素体，但分散度较大。 AWS WRC分委员会采用铁素体数 FN来取代百分 数铁素体，并清楚地表明测定仪器已经按照 WRC的 方法进行了标定。铁素体数在 10 FN以下可被认为 与以往采用的百分数铁素体相同。 除 E310、E320等含镍量较高的焊条为纯奥氏体 收稿 日期 ：2002．12-25 作者简介：安淑华(1965．)，女(汉族)，北京人，工程师，工学学士，1988年毕业于抚顺石油学院，现从事物资供应工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 石 油 化 工 设 备 2003年 第 32卷 焊条外，其余 E300系列焊条均为低铁素体焊条，其 铁素体数为4 10 FN，而 E2553和 E2209等双相不 锈钢焊条和铁素体数超过 20 F'N。氮含量高可大幅 降低铁素体数，如增加0．10％的氮可降低 8 FN。 可按焊缝金属的化学成分，通过某些组织图计 算焊缝的铁素体含量。AWS WRC一1988是预测以 铁素体数为单位的铁素体图，比起德朗图来，该图的 铁素体预测值与实测值一致性较好。 1．3 焊缝金属的韧性 纯奥氏体焊缝金属在一196℃低温下具有较好 的韧性，但如果不锈钢焊缝金属中含有某些铁素体， 那么在一100℃下首先要求化学成分合理匹配，才 能符合侧向膨胀量0．38 miD．的要求，同时必须注意： ①碳和氮都对焊缝金属的韧性有较强的破坏作用， 其含量必须降到最低，一般低碳焊缝中的氮含量应 低于 0．06％。②镍是改善韧性 的唯一元素，故可以 选择镍含量偏上限的焊缝金属。③铁素体是有害 的，希望焊缝金属中无铁素体或者铁素体数不大于 3 F'N。④纯奥氏体的B16L焊缝金属成分最佳。⑤ 碱性焊条 比钛型焊条 能更好地 防止氮侵入焊缝金 属，并且也可以焊出低氧或夹杂物密度低的焊缝 ，这 样就有可能获得有较高侧向膨胀量的焊缝金属。 1．4 耐扁蚀试验 该标准包括的焊条常用于耐腐蚀场合 ，但实际 上不要求进行焊缝耐腐蚀试验，除非供需双方另有 协定。一般仅对焊缝进行耐腐蚀试验，晶间腐蚀焊 缝试样尺寸为 13 miD．×50 miD．×6．4 mln。若用接头 试样进行耐腐蚀试验，尽管接头和焊接工艺可 以与生产中的完全相同，但很难获得重复性好的综 合性能数据。对焊缝金属应按文献[2]进行试验。 2 不锈钢焊丝和填充丝【 】 不锈钢焊丝和焊带的定义与不锈钢焊条相同， 即这些填充金属中的铬含量不得小于 10．5％．而铁 含量必须超过任何其它元素。 不锈钢焊丝和填充丝的类别代号从字母 ER开 头，EQ表示焊带。可用一系列式子，或化学元素符 号和 L、H等字母，或两者同时使用来识别填充金属 的化学成分，如 ER308LMo中的 L表示碳含量处于 标准规定的成分范围的下限，308表示填充金属的 化学成分，Mo表示该焊丝中含有钼。 2．1 培敷金属中的铁素体 有关铁素体和铁素体数的阐述同不锈钢焊条， 但焊接方法、焊接条件及焊接工艺对焊缝熔敷金属 化学成分和铁素体含量有很大影响。 钨极气体保护焊(GrAw)焊丝与熔敷金属化学 成分的差距最小，由此可知根据焊丝化学成分计算 的铁素体含量与熔敷金属上测得的铁素体含量之间 差异最小。采用 GTAW 时碳损失超过 0．02％，约为 碳含量的 1／2。例如碳含量为 0．06％的焊丝能产生 碳含量 为 0．o4％的熔 敷金属。另外，氮渗入 约 0．02％，而其它元素含量变化不大。 对于熔化极气体保护焊(GMAw)来说，碳损失 仅为 GTAW 的 1／4。然而渗氮要严重得多，大约为 0．04％，相当于损失 3 4 FN。氮的增加一般取决于 焊接工艺，氮含量高可导致 ER308和 ER309一类填 充金属的焊缝中铁素体很少或者没有。 埋弧焊(sAw)焊缝中元素的增减取决于所采用 的焊剂。某些焊剂 中有意增加了 Nb和 Mo。另外一 些焊剂可能会烧损易氧化的元素，如铬。有些焊剂 不太活泼，它们由含有的少量合金元素来弥补其烧 损，这样可形成与焊丝相近的焊缝熔敷金属。 对气体保护焊采用光焊丝，如要求熔敷金属有 一 定的铁素体数，则必须通过选择焊丝的化学成分 来获得。在 300系列 的填充金属中，ER308、ER308L 和ER347焊丝铁素体含量约 10 FN，DUIYU309焊丝 约 2 FN，ER316、ER316L和 ER309焊丝约 5 F'N。 除了 SAW 中的某些情况外 ，由于所采用的焊接 方法和工艺所引起的化学成分的变化，会导致熔敷 金属的铁素体含量下降。 2．2 焊丝和填充 丝的工艺性 采用 GTAW 时 ，优先 选用 直流，电极 接负 极。 对厚度小于 1．6 miD．的板材，优先采用氩气作保护气 体，因薄板熔穿倾向性小。对厚度较大的材料或自动 焊，推荐采用氩 +氦混合气体，此时熔深大，成形好。 采用 GMAW时常用直流，焊丝接正极。对射流 过渡的保护气体，常用氩气或氦加少量氧。对短路 过渡 ，经常采用氦、氧 和二氧化碳 所组成 的保 护气 体。能进行焊接的材料最小厚度为 3．2 4．8|IlITI， 硅含量高可改善焊缝金属的洗净和润湿性能。 对于 SHW，采用直流正接或交流，为减少硅、铬 和其它元素的氧化，常采用碱性或中性焊剂 当采 用酸性焊剂时，要求用 (Si)≤0．30％的焊丝。 2．3 焊缝金属的力学性能 对符合该标准的填充金属焊制的焊缝，其抗拉 强度、弯曲性和低温冲击韧性与焊接过程中的各参 数有关 ，例如电流、电压 、焊接速度、保护介质和母材 化学成分等。对在低温下应用的焊缝，通常 GTAW 和 GMAW焊缝的冲击性能均优于SMAW和 SAW焊 维普资讯 http://www.cqvip.com www.bzfxw.comwww.bzfxw.com 第 3期 安淑华 ：ASME规范 中不锈钢焊接材料 的选用 缝金属的性能。 3 不锈钢药芯焊丝和药芯填充丝【4 J 类别代号以EXXXTX．X和 RXXXT1．5表示 ，E表 示焊丝，R代表填充丝 ，T表示 产品是药芯焊丝或填 充丝，T后面的 1或 0表示推荐的操作位置。化学 成分用 3 4位数来识别，在某些情况下，还采用附 加的化学元素符号和字母 L或 H，L表示填充金属 碳含量低 ，H表示碳含量处于合金类型规定的上限。 标准中要求的不锈钢药芯焊丝和药芯填充丝的保护 介质、焊接极性及焊接方法见表 2。 表2 不锈钢药芯焊丝和药芯填充丝的保护介质、 焊接极性及焊接方 法 EXXXTE．1和EXXXTX-4的化学成分要求相似， 而 EXXXTO．3化学成分的要求与前 2种不同。由于 单一的渣系 自保护不如渣系与外部保留气的联合保 护有效 ，故 EXXXTO．3熔敷金属 中氮含量通常较高。 即为了控制焊缝金属铁素体含量，EXXXTO．3熔敷 金属 的化学成分必须具有与 EXXXTE．1和 EXXXTX- 4熔敷金属不同的铬钼比。E316LKTO．3焊丝比其它 EXXXTO．3焊丝更能有效地保护电弧，并且不使氮 吸人，其铬钼比与 EXXXTX．1熔敷金属一样，采用此 焊丝可达到控制铁素体的目的。 4 结语 在按文献[1]选材时，如果对不锈钢焊缝金属的 铁素体含量、低温冲击性能以及使用性能有特殊要 求，则必须谨慎选用焊接材料。文中所作的详细介 绍，可以为不锈钢焊材的使用者提供参考。 参考 文献 ： [1] ASME锅炉及压力容器第 Ⅱ卷 c篇，焊丝、焊条与填充金属， 2001[s]． [2] ASTM A262，测定奥氏体不锈钢晶问破坏敏感性的标准方法， 199s[s]． [3] ASME／AWS A5．9，不锈钢焊丝和填充丝技术条件．2ooi[s]． [4] ASME／AWS A5．2．弧焊用不锈钢药芯焊丝和钨极气体保护药芯 填充丝技术条件，2001[s]． (张编 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com