2024年5月21日发(作者:宋婉容)
第32卷第3期
电 站 辅 机
Vo1.32 NO.3
2O11年9月
Power Station Auxiliary Equipment
Sept.2011
文章编号:1672—0210(2011)03 0040—04
核电站控氮不锈钢Z2CN1 9—1 0焊接技术
陈 磊,陈龙鹤,郭伟杰
(上海电气电站设备有限公司电站辅机厂,上海200090)
摘 要:控氮不锈钢因材质性能优良被广泛应用于核电站设备制造中,深入研究该钢种的焊接技术,对制造相关核
电设备具有重要的意义。在分析了控氮不锈钢的焊接特点基础上,对其所采用的焊条电弧焊和埋弧焊工艺进行了
试验和研究。通过选用合理的焊接材料、坡口型式和焊接工艺参数,可获得良好的焊缝质量,也使焊接接头具有良
好的综合力学性能和抗晶间腐蚀能力,能满足对母材焊接的性能要求。
关键词:控氮不锈钢;核电站;焊接;工艺;试验;焊条;电弧焊;埋弧焊
中图分类号:TL353 文献标识码:B
Welding Technology of Nitrogen Controlled Stainless Steel Z2CN19_10 for
The Equipment of Nuclear Power Station
CHEN Lei,CHEN Long—he。GU0 Wei—jie
(The Power Station Auxiliary Equip.Plant,Shanghai Electric Power Generation qEuipment Co.,Ltd.,Shanghai,200090,China)
Abstract:Because of the excellent property,nitrogen controlled stainless steel Z2CN19—10 is widely applied tO the
equipment of nuclear power station.It is important tO research its welding technology for fabricating related
equipment of nuclear power station.On the basis of the analysis of nitrogen controlled stainless steel Z2CN19-10 on
welding characteristics,experiment and research of shielded metal—arc welding and submerged arc welding have been
carried out.It can gain good quality weld using reasonable filler metals,type of groove and parameters of welding
technology.Welded joints have excellent mechanical property and corrosion resistance and completely meet the
property requirements of the base meta1.
Key words:nitrogen controlled stainless steel;nuclear power station;welding;technology;test;welding rod;arc
welding;submerged arc welding
1 概 述
核反应堆提供更好的材料,提高反应堆安全运行的
可靠性。控氮不锈钢Z2CNl9—1O属于超低碳奥氏
核电设备的工况复杂,长期处于高温高压、中子
体不锈钢,并含有一定量的氮元素,其特点是含碳量
辐照、流体冲刷等恶劣的环境中,故对其构成材料性 非常低,从而具有优良的抗晶间腐蚀能力,但较低的
能提出了较高而又全面的要求。控氮不锈钢 碳含量也制约着材料的强度,而在其中添加一定量
Z2CN19—10是随着核电发展而新研制的钢种,其研
的氮元素,通过氮元素的固溶强化作用,可以提高超
发的驱动力是为解决304不锈钢在沸水核反应堆运 低碳奥氏体不锈钢的强度_】]。因此,控氮不锈钢
行中出现晶间应力腐蚀破裂事故,此外,也能为压水
Z2CN19-10不仅具有超低碳奥氏体不锈钢优良的
收稿日期:2011-03—15修回日期:2011-09—05
作者简介:陈磊(1982一),男,助理工程师,工学硕士,毕业于上海大学材料加工工程专业,主要从事电站设备焊接工艺方面工
作。
4O
核电站控氮不锈钢Z2CNI9-i0焊接技术 电站辅机总第118期(2011 No.3)
抗晶问腐蚀能力,同时还具有较高的强度,被广泛应
用于核电站堆内构件、主管道、安注箱等重要设备
中。
合物a相,主要存在于柱状晶的晶界。当焊缝中6
铁素体含量超过12 时, 向d的转变非常显著,造
成焊缝金属的明显脆化,从而降低焊缝的塑性、韧性
和抗晶间腐蚀性能。
2.4防止热裂纹、晶间腐蚀和 相脆化的措施
我公司承接制造的EPR安注箱和反应堆冷却
剂疏水箱均为核电设备,该类设备主体材料采用了
控氮不锈钢Z2CNI9—10,其焊接工艺和焊接质量是
(1)选用优质的母材和焊材,严格控制易形成低
保证设备整体质量的关键因素,因此,研究该类材料
的焊接技术,并为设备制造提供技术支持具有重要
意义。
2控氮不锈钢的焊接特点
控氮不锈钢Z2CN19—10属于奥氏体不锈钢,具
有奥氏体不锈钢的焊接特点。奥氏体不锈钢无固态
相变,在高温和室温下均为奥氏体组织,无淬硬倾
向,对氢也不敏感,焊接接头具有良好的综合力学性
能,与其他类型不锈钢相比具有良好的焊接性,但当
焊接工艺参数的选用不合理时,会产生热裂纹、晶间
腐蚀、D相脆化等缺陷 。]。
2.1 热裂纹
由于奥氏体焊缝本身的特点,即组织为方向性
很强的柱状晶,有利于有害杂质的偏析,当焊缝中有
害杂质含量较高时,就易在奥氏体柱状晶之间形成
低熔点共晶。此外,奥氏体不锈钢具有低热导率,
仅为碳钢的I/3,而线膨胀系数比碳钢高约5O 。
低热导率、高线膨胀系数的特点,决定了奥氏体不锈
钢焊缝在凝固过程中会产生较大的收缩拉应力。因
此,在较大的收缩拉应力和低熔点共晶的共同作用
下,被低熔点共晶分割的晶界就会被拉开而形成焊
接热裂纹。
2.2 晶间腐蚀
奥氏体不锈钢在450~850℃的敏化温度区间
停留一定时间后,过饱和的碳向奥氏体晶界扩散,并
与晶界的铬化合形成碳化铬(Cr 。C )。由于铬在奥
氏体中扩散速度小于碳的扩散速度,使晶界的铬得
不到及时补充,造成奥氏体晶界贫铬。当晶界的含
Cr量低于12 时,就失去了抗腐蚀能力,在腐蚀介
质作用下,即产生晶间腐蚀。在应力作用下,受到晶
间腐蚀的不锈钢,即会沿晶界断裂,几乎完全丧失强
度。
2.3 o相脆化
如果奥氏体不锈钢焊缝在650~850℃温度区
间停留时间过长,有可能析出一种脆硬的金属间化
熔点共晶的S、P等杂质含量,从而降低热裂纹倾
向。
(2) 铁素体对S、P等元素溶解度较大,能防止
这些元素的偏析和形成低熔点共晶,从而阻止热裂
纹产生。另外 铁素体可以有效切断奥氏体的柱状
晶,细化晶粒,隔断奥氏体晶界连续网状碳化铬
(Cr 。C )析出,从而防止晶间腐蚀。因此选用含适
量8铁素体促进元素(Cr、Mo、Si等)的焊材,使焊缝
产生奥氏体+ 铁素体双相组织, 铁素体含量占
4 ~12%,能有效防止热裂纹和晶间腐蚀倾向。
(3)选用低含碳量的焊材,降低焊缝中碳与铬形
成碳化铬(Cr。。C )的机率,从而降低晶间腐蚀倾向。
(4)采用小焊接热输人,小电流,快速焊,加快焊
接区的冷却速度,缩短焊接接头在高温区停留的时
间,避免在450 ̄850℃区间长时间停留及此区间温
度的焊后热处理,可以有效降低晶间腐蚀和a相脆
化倾向。
3焊接工艺试验
3.1试验母材
试验母材为控氮不锈钢Z2CN19—10,为了对焊
条电弧焊和埋弧焊的焊接工艺进行较全面的试验研
究,共准备2O mm和50 mm两种厚度的母材,将焊
接2O rllrrl焊条电弧焊试板、2O mlTl埋弧焊试板、50
mm焊条电弧焊试板、5O mm埋弧焊试板,共4副试
板。
表1 母材化学成分 (%)
项目 标准值 实际值
C ≤0.035 0.030
Si ≤1.00 O.39
Mn ≤2.。0 1.44
P ≤0.030 O.023
S ≤0.015 O.O01
Cr 18.5O~2O.OO 18.62
Ni 9.OO~10.00 9.11
N ≤0.080 0.080
Cu ≤1.OO 0.10
电站辅机总第118期(2011 No.3)
母材的化学成分和力学性能分别见表1和表
2,表1和表2中分别列出按标准RCC—M要求的
标准值和母材的实际值。对比标准值可知,母材的
各化学元素含量均满足标准要求,两种厚度母材的
力学性能均明显高于标准值。
表2母材力学性能
常温 350℃
项目
/MPa 0 2/MPa 6/ /MPa 。2/MPa
标准值 ≥520 ≥210 ≥45 ≥394 ≥125
20 Film 593 265 55 428 125
50 mm 589 257 60 f j
3.2焊接材料
在选择控氮不锈钢的焊接材料时,既要保证焊
缝金属的力学性能不低于母材力学性能的标准值,
还要保证焊缝金属具有良好的抗晶间腐蚀能力。根
据这一原则以及RCC—M¥2000相关标准,焊条电
弧焊选用E308L一16作为焊接材料,埋弧焊选用
HR308L焊丝配SJ601H焊剂作为焊接材料。
3.3 焊接工艺
在控氮不锈钢焊接时,为了防止晶问腐蚀、热裂
纹等焊接缺陷的产生,工艺上,采用低线能量,即小
电流、快速焊,并严格控制道间温度。操作上,采用
窄焊道、多焊道,并在焊接过程中严格进行层间清
理。焊接采用双面焊,20 mm试板坡口加工成V
型,50 mm试板坡口加工成X型,各试板坡口尺寸
及焊接顺序,见图1所示,焊前对待焊坡口进行渗透
检验,焊完第1、2层后,对试板进行清根并进行渗透
检验,检验后继续焊完第3层,焊后对焊缝进行渗透
检验和射线检验。
20mm焊条电弧焊试板 20mm埋弧焊试板
60。±
60±5
匿
60_+5
匿
60 ̄+5 ̄
50mm焊条电弧焊试板 50mm埋弧焊试板
图1 试板坡口尺寸及焊接顺序
焊条电弧焊和埋弧焊的工艺参数见表3所示。
42
表3焊接工艺参数
焊接 焊接材料 电流 电压
电流形 电流范 焊接速度
方法 牌号 规格 式极性 围(A) (V) (mm/min)
焊条电 E3O8L
O3.2 直流 80~ 2O
~
反接 1lO
25 110~150
弧焊 16 直流 1OO~
D4.0 反接 16O 2O~25 110~150
HR308L O4.0 直流 48O
~
埋弧焊 10~8O 28~36 450~58O
SJ601H 目 反接 55O
4 试验结果
4.1无损检测
焊接完毕后,对4副试板进行外观检查,焊缝表
面成形良好,无任何缺陷。分别按RCC—M¥7714.1
和RCC—M¥7714.3对焊缝进行渗透检验和射线检
验,检验结果均合格。
4.2破坏性试验
无损检验合格后,分别对4副试板进行熔敷金
属化学成分分析,见表4所示。成分中的C、S、P含
量均较低,符合优质焊材的要求。同表1中母材的
化学含量成分比较,4副试板的熔敷金属化学成分
基本与母材化学成分一致。
表4熔敷金属化学成分 (%)
20 mm 20 mm 50 mm 50 mm
项目
(E308I 一16) (HR308L) (E308I 16) (HR308L)
C 0.016 O.O14 O.O15 O.O12
Mn 1.7 1.48 1.18 1.45
S O.O10 0.009 0.008 O.O1O
P 0.O21 0.020 O.O18 O.O19
Mo 0.O22 O.O31 O.O22 O.O24
Si O.82 O.42 O.57 O.41
Cr 19.92 19.15 19.51 19.29
Ni 1O.26 9.79 1O.51 10.16
C0 O.O19 0.O43 O.O19 O.O33
N O.O72 0.050 O.O90 0.048
再对4副试板焊缝组织进行金相分析,均为奥
氏体+ 铁素体双相组织。奥氏体不锈钢焊缝中含
有一定量6铁素体,可有效防止晶问腐蚀、热裂纹等
缺陷,RCC—M标准中要求奥氏体不锈钢焊缝中
铁素体含量为5 ~15 。通过计算并结合
核电站控氮不锈钢Z2CN19-10焊接技术 电站辅机总第118期(2011 No.3)
表8 20mm埋弧焊试板力学性能
DELONG图得出各试板焊缝中6铁素体含量,具体
数据见表5所示,可以看出各个试板焊缝中 铁素
0"o 2 A /J 弯曲性能
体含量均满足标准要求。
表5 6铁索体含量
20 mm 20 mm 50 mm 50 mm
焊条电弧焊 埋弧焊 焊条电弧焊 埋弧焊
9.2 7.6 5 7.6
根据Rcc—M附录SI600晶间腐蚀试验要求,
对4副试板焊缝进行晶问腐蚀试验,结果表明,4副
试板焊缝均无晶间腐蚀,具有良好的抗晶问腐蚀能
力。
根据RCC—M标准列出了力学性能考核项目
及合格要求,见表6所示。将考核接头拉伸、弯曲、
冲击性能,焊缝金属常温和高温拉伸性能,以及热影
响区冲击性能,其中50mm试板要求从焊缝表面和
根部分别取样进行冲击试验。
按照表6要求,对4副试板分别进行力学性能
试验,具体数据见表7~表1O。从表7~表1O中可
见,控氮不锈钢Z2CN19—10采用焊条电弧焊和埋
弧焊,焊接接头均具有良好的综合力学性能,与表6
中RCC—M要求的标准值比较,4副试板的力学性
能均远远高于标准值,完全满足母材的力学性能要
求。
表6力学性能考核项目及合格要求
位置 db dO 2 8/ A /J 弯曲性能
d一18O。
/MPa /MPa (室温) D
一
4T
接头 ≥平均≥6O
520 } f 单个≥
42
焊 室温 ≥520 ≥210 ≥25 f 无裂纹
缝 350℃ | ≥125 { {
热影响
区 f f f
平均≥6O
单个≥
42
表7 20mm焊条电弧焊试板力学性能
8| A /J 弯曲性能
O'b 。2
位置 /MP
a /MPa (室温)
口一18O。
D
一
4T
269,216,
接头 655,650 | f
l83
焊 室温 65O 540 34 } 无裂纹
缝 35O℃ } 415 | f
热影响区 | | f 94,102,
1O9
位置 /MP
a /MPa
8f%
(室温)
口一180。
D
一4T
接头 610,620 f f 124,104,108
焊 室温 575 411 40.5 f 无裂纹
缝 35O℃ { 3OO f j
热影响区 { } f 216,290,290
表9 50 mm焊条电弧焊试板力学性能
ab 0"o 2 A 姐 弯曲性能
位置 /MP
a /MPa
8f%
(室温)
d一18O。
D
一4T
表层257,290,290
接头 635,630 } |
根部290,252,290
焊 室温 57O 452 43 f 无裂纹
缝 350℃ } 325 } }
表层100,96,96
热影响区 { i f 根部
98,94,96
表10 50mm埋弧焊试板力学性能
位置 0"o 2 8f% A /】 弯曲性能
a一180。
/MPa /MPa (室温) D
一4T
表层104,98,99
接头 6O5,605 f
根部108,100,124
焊 室温 56O 432 44.5 j无裂纹
缝 35O℃ j 270 } |
热影响区 } f I 表层290,290,290
根部290,290,290
5 结 语
通过对控氮不锈钢Z2CN19—10焊接特点的分
析,并进行了焊接试验,采用合理的焊接材料、坡口
型式和焊接工艺参数,焊缝的成形良好,焊接接头具
有良好的综合力学性能和抗晶间腐蚀能力,完全符
合母材的性能要求。控氮不锈钢Z2CN19—10焊条
电弧焊和埋弧焊工艺的试验成功,为相关核电产品
的焊接制造提供了可借鉴的经验。
参考文献:
[1]文燕,等.国产304NG控氮不锈钢应用性能研究_J].核动力工
程,2007,5.
[2]陈炜.奥氏体不锈钢焊接的缺陷分析及解决办法[J].山西焦煤
科技,2003,6.
[3]徐文晓,徐文慧.奥氏体不锈钢容器的焊接[J].焊接技术,
20O6,1 O.
43
2024年5月21日发(作者:宋婉容)
第32卷第3期
电 站 辅 机
Vo1.32 NO.3
2O11年9月
Power Station Auxiliary Equipment
Sept.2011
文章编号:1672—0210(2011)03 0040—04
核电站控氮不锈钢Z2CN1 9—1 0焊接技术
陈 磊,陈龙鹤,郭伟杰
(上海电气电站设备有限公司电站辅机厂,上海200090)
摘 要:控氮不锈钢因材质性能优良被广泛应用于核电站设备制造中,深入研究该钢种的焊接技术,对制造相关核
电设备具有重要的意义。在分析了控氮不锈钢的焊接特点基础上,对其所采用的焊条电弧焊和埋弧焊工艺进行了
试验和研究。通过选用合理的焊接材料、坡口型式和焊接工艺参数,可获得良好的焊缝质量,也使焊接接头具有良
好的综合力学性能和抗晶间腐蚀能力,能满足对母材焊接的性能要求。
关键词:控氮不锈钢;核电站;焊接;工艺;试验;焊条;电弧焊;埋弧焊
中图分类号:TL353 文献标识码:B
Welding Technology of Nitrogen Controlled Stainless Steel Z2CN19_10 for
The Equipment of Nuclear Power Station
CHEN Lei,CHEN Long—he。GU0 Wei—jie
(The Power Station Auxiliary Equip.Plant,Shanghai Electric Power Generation qEuipment Co.,Ltd.,Shanghai,200090,China)
Abstract:Because of the excellent property,nitrogen controlled stainless steel Z2CN19—10 is widely applied tO the
equipment of nuclear power station.It is important tO research its welding technology for fabricating related
equipment of nuclear power station.On the basis of the analysis of nitrogen controlled stainless steel Z2CN19-10 on
welding characteristics,experiment and research of shielded metal—arc welding and submerged arc welding have been
carried out.It can gain good quality weld using reasonable filler metals,type of groove and parameters of welding
technology.Welded joints have excellent mechanical property and corrosion resistance and completely meet the
property requirements of the base meta1.
Key words:nitrogen controlled stainless steel;nuclear power station;welding;technology;test;welding rod;arc
welding;submerged arc welding
1 概 述
核反应堆提供更好的材料,提高反应堆安全运行的
可靠性。控氮不锈钢Z2CNl9—1O属于超低碳奥氏
核电设备的工况复杂,长期处于高温高压、中子
体不锈钢,并含有一定量的氮元素,其特点是含碳量
辐照、流体冲刷等恶劣的环境中,故对其构成材料性 非常低,从而具有优良的抗晶间腐蚀能力,但较低的
能提出了较高而又全面的要求。控氮不锈钢 碳含量也制约着材料的强度,而在其中添加一定量
Z2CN19—10是随着核电发展而新研制的钢种,其研
的氮元素,通过氮元素的固溶强化作用,可以提高超
发的驱动力是为解决304不锈钢在沸水核反应堆运 低碳奥氏体不锈钢的强度_】]。因此,控氮不锈钢
行中出现晶间应力腐蚀破裂事故,此外,也能为压水
Z2CN19-10不仅具有超低碳奥氏体不锈钢优良的
收稿日期:2011-03—15修回日期:2011-09—05
作者简介:陈磊(1982一),男,助理工程师,工学硕士,毕业于上海大学材料加工工程专业,主要从事电站设备焊接工艺方面工
作。
4O
核电站控氮不锈钢Z2CNI9-i0焊接技术 电站辅机总第118期(2011 No.3)
抗晶问腐蚀能力,同时还具有较高的强度,被广泛应
用于核电站堆内构件、主管道、安注箱等重要设备
中。
合物a相,主要存在于柱状晶的晶界。当焊缝中6
铁素体含量超过12 时, 向d的转变非常显著,造
成焊缝金属的明显脆化,从而降低焊缝的塑性、韧性
和抗晶间腐蚀性能。
2.4防止热裂纹、晶间腐蚀和 相脆化的措施
我公司承接制造的EPR安注箱和反应堆冷却
剂疏水箱均为核电设备,该类设备主体材料采用了
控氮不锈钢Z2CNI9—10,其焊接工艺和焊接质量是
(1)选用优质的母材和焊材,严格控制易形成低
保证设备整体质量的关键因素,因此,研究该类材料
的焊接技术,并为设备制造提供技术支持具有重要
意义。
2控氮不锈钢的焊接特点
控氮不锈钢Z2CN19—10属于奥氏体不锈钢,具
有奥氏体不锈钢的焊接特点。奥氏体不锈钢无固态
相变,在高温和室温下均为奥氏体组织,无淬硬倾
向,对氢也不敏感,焊接接头具有良好的综合力学性
能,与其他类型不锈钢相比具有良好的焊接性,但当
焊接工艺参数的选用不合理时,会产生热裂纹、晶间
腐蚀、D相脆化等缺陷 。]。
2.1 热裂纹
由于奥氏体焊缝本身的特点,即组织为方向性
很强的柱状晶,有利于有害杂质的偏析,当焊缝中有
害杂质含量较高时,就易在奥氏体柱状晶之间形成
低熔点共晶。此外,奥氏体不锈钢具有低热导率,
仅为碳钢的I/3,而线膨胀系数比碳钢高约5O 。
低热导率、高线膨胀系数的特点,决定了奥氏体不锈
钢焊缝在凝固过程中会产生较大的收缩拉应力。因
此,在较大的收缩拉应力和低熔点共晶的共同作用
下,被低熔点共晶分割的晶界就会被拉开而形成焊
接热裂纹。
2.2 晶间腐蚀
奥氏体不锈钢在450~850℃的敏化温度区间
停留一定时间后,过饱和的碳向奥氏体晶界扩散,并
与晶界的铬化合形成碳化铬(Cr 。C )。由于铬在奥
氏体中扩散速度小于碳的扩散速度,使晶界的铬得
不到及时补充,造成奥氏体晶界贫铬。当晶界的含
Cr量低于12 时,就失去了抗腐蚀能力,在腐蚀介
质作用下,即产生晶间腐蚀。在应力作用下,受到晶
间腐蚀的不锈钢,即会沿晶界断裂,几乎完全丧失强
度。
2.3 o相脆化
如果奥氏体不锈钢焊缝在650~850℃温度区
间停留时间过长,有可能析出一种脆硬的金属间化
熔点共晶的S、P等杂质含量,从而降低热裂纹倾
向。
(2) 铁素体对S、P等元素溶解度较大,能防止
这些元素的偏析和形成低熔点共晶,从而阻止热裂
纹产生。另外 铁素体可以有效切断奥氏体的柱状
晶,细化晶粒,隔断奥氏体晶界连续网状碳化铬
(Cr 。C )析出,从而防止晶间腐蚀。因此选用含适
量8铁素体促进元素(Cr、Mo、Si等)的焊材,使焊缝
产生奥氏体+ 铁素体双相组织, 铁素体含量占
4 ~12%,能有效防止热裂纹和晶间腐蚀倾向。
(3)选用低含碳量的焊材,降低焊缝中碳与铬形
成碳化铬(Cr。。C )的机率,从而降低晶间腐蚀倾向。
(4)采用小焊接热输人,小电流,快速焊,加快焊
接区的冷却速度,缩短焊接接头在高温区停留的时
间,避免在450 ̄850℃区间长时间停留及此区间温
度的焊后热处理,可以有效降低晶间腐蚀和a相脆
化倾向。
3焊接工艺试验
3.1试验母材
试验母材为控氮不锈钢Z2CN19—10,为了对焊
条电弧焊和埋弧焊的焊接工艺进行较全面的试验研
究,共准备2O mm和50 mm两种厚度的母材,将焊
接2O rllrrl焊条电弧焊试板、2O mlTl埋弧焊试板、50
mm焊条电弧焊试板、5O mm埋弧焊试板,共4副试
板。
表1 母材化学成分 (%)
项目 标准值 实际值
C ≤0.035 0.030
Si ≤1.00 O.39
Mn ≤2.。0 1.44
P ≤0.030 O.023
S ≤0.015 O.O01
Cr 18.5O~2O.OO 18.62
Ni 9.OO~10.00 9.11
N ≤0.080 0.080
Cu ≤1.OO 0.10
电站辅机总第118期(2011 No.3)
母材的化学成分和力学性能分别见表1和表
2,表1和表2中分别列出按标准RCC—M要求的
标准值和母材的实际值。对比标准值可知,母材的
各化学元素含量均满足标准要求,两种厚度母材的
力学性能均明显高于标准值。
表2母材力学性能
常温 350℃
项目
/MPa 0 2/MPa 6/ /MPa 。2/MPa
标准值 ≥520 ≥210 ≥45 ≥394 ≥125
20 Film 593 265 55 428 125
50 mm 589 257 60 f j
3.2焊接材料
在选择控氮不锈钢的焊接材料时,既要保证焊
缝金属的力学性能不低于母材力学性能的标准值,
还要保证焊缝金属具有良好的抗晶间腐蚀能力。根
据这一原则以及RCC—M¥2000相关标准,焊条电
弧焊选用E308L一16作为焊接材料,埋弧焊选用
HR308L焊丝配SJ601H焊剂作为焊接材料。
3.3 焊接工艺
在控氮不锈钢焊接时,为了防止晶问腐蚀、热裂
纹等焊接缺陷的产生,工艺上,采用低线能量,即小
电流、快速焊,并严格控制道间温度。操作上,采用
窄焊道、多焊道,并在焊接过程中严格进行层间清
理。焊接采用双面焊,20 mm试板坡口加工成V
型,50 mm试板坡口加工成X型,各试板坡口尺寸
及焊接顺序,见图1所示,焊前对待焊坡口进行渗透
检验,焊完第1、2层后,对试板进行清根并进行渗透
检验,检验后继续焊完第3层,焊后对焊缝进行渗透
检验和射线检验。
20mm焊条电弧焊试板 20mm埋弧焊试板
60。±
60±5
匿
60_+5
匿
60 ̄+5 ̄
50mm焊条电弧焊试板 50mm埋弧焊试板
图1 试板坡口尺寸及焊接顺序
焊条电弧焊和埋弧焊的工艺参数见表3所示。
42
表3焊接工艺参数
焊接 焊接材料 电流 电压
电流形 电流范 焊接速度
方法 牌号 规格 式极性 围(A) (V) (mm/min)
焊条电 E3O8L
O3.2 直流 80~ 2O
~
反接 1lO
25 110~150
弧焊 16 直流 1OO~
D4.0 反接 16O 2O~25 110~150
HR308L O4.0 直流 48O
~
埋弧焊 10~8O 28~36 450~58O
SJ601H 目 反接 55O
4 试验结果
4.1无损检测
焊接完毕后,对4副试板进行外观检查,焊缝表
面成形良好,无任何缺陷。分别按RCC—M¥7714.1
和RCC—M¥7714.3对焊缝进行渗透检验和射线检
验,检验结果均合格。
4.2破坏性试验
无损检验合格后,分别对4副试板进行熔敷金
属化学成分分析,见表4所示。成分中的C、S、P含
量均较低,符合优质焊材的要求。同表1中母材的
化学含量成分比较,4副试板的熔敷金属化学成分
基本与母材化学成分一致。
表4熔敷金属化学成分 (%)
20 mm 20 mm 50 mm 50 mm
项目
(E308I 一16) (HR308L) (E308I 16) (HR308L)
C 0.016 O.O14 O.O15 O.O12
Mn 1.7 1.48 1.18 1.45
S O.O10 0.009 0.008 O.O1O
P 0.O21 0.020 O.O18 O.O19
Mo 0.O22 O.O31 O.O22 O.O24
Si O.82 O.42 O.57 O.41
Cr 19.92 19.15 19.51 19.29
Ni 1O.26 9.79 1O.51 10.16
C0 O.O19 0.O43 O.O19 O.O33
N O.O72 0.050 O.O90 0.048
再对4副试板焊缝组织进行金相分析,均为奥
氏体+ 铁素体双相组织。奥氏体不锈钢焊缝中含
有一定量6铁素体,可有效防止晶问腐蚀、热裂纹等
缺陷,RCC—M标准中要求奥氏体不锈钢焊缝中
铁素体含量为5 ~15 。通过计算并结合
核电站控氮不锈钢Z2CN19-10焊接技术 电站辅机总第118期(2011 No.3)
表8 20mm埋弧焊试板力学性能
DELONG图得出各试板焊缝中6铁素体含量,具体
数据见表5所示,可以看出各个试板焊缝中 铁素
0"o 2 A /J 弯曲性能
体含量均满足标准要求。
表5 6铁索体含量
20 mm 20 mm 50 mm 50 mm
焊条电弧焊 埋弧焊 焊条电弧焊 埋弧焊
9.2 7.6 5 7.6
根据Rcc—M附录SI600晶间腐蚀试验要求,
对4副试板焊缝进行晶问腐蚀试验,结果表明,4副
试板焊缝均无晶间腐蚀,具有良好的抗晶问腐蚀能
力。
根据RCC—M标准列出了力学性能考核项目
及合格要求,见表6所示。将考核接头拉伸、弯曲、
冲击性能,焊缝金属常温和高温拉伸性能,以及热影
响区冲击性能,其中50mm试板要求从焊缝表面和
根部分别取样进行冲击试验。
按照表6要求,对4副试板分别进行力学性能
试验,具体数据见表7~表1O。从表7~表1O中可
见,控氮不锈钢Z2CN19—10采用焊条电弧焊和埋
弧焊,焊接接头均具有良好的综合力学性能,与表6
中RCC—M要求的标准值比较,4副试板的力学性
能均远远高于标准值,完全满足母材的力学性能要
求。
表6力学性能考核项目及合格要求
位置 db dO 2 8/ A /J 弯曲性能
d一18O。
/MPa /MPa (室温) D
一
4T
接头 ≥平均≥6O
520 } f 单个≥
42
焊 室温 ≥520 ≥210 ≥25 f 无裂纹
缝 350℃ | ≥125 { {
热影响
区 f f f
平均≥6O
单个≥
42
表7 20mm焊条电弧焊试板力学性能
8| A /J 弯曲性能
O'b 。2
位置 /MP
a /MPa (室温)
口一18O。
D
一
4T
269,216,
接头 655,650 | f
l83
焊 室温 65O 540 34 } 无裂纹
缝 35O℃ } 415 | f
热影响区 | | f 94,102,
1O9
位置 /MP
a /MPa
8f%
(室温)
口一180。
D
一4T
接头 610,620 f f 124,104,108
焊 室温 575 411 40.5 f 无裂纹
缝 35O℃ { 3OO f j
热影响区 { } f 216,290,290
表9 50 mm焊条电弧焊试板力学性能
ab 0"o 2 A 姐 弯曲性能
位置 /MP
a /MPa
8f%
(室温)
d一18O。
D
一4T
表层257,290,290
接头 635,630 } |
根部290,252,290
焊 室温 57O 452 43 f 无裂纹
缝 350℃ } 325 } }
表层100,96,96
热影响区 { i f 根部
98,94,96
表10 50mm埋弧焊试板力学性能
位置 0"o 2 8f% A /】 弯曲性能
a一180。
/MPa /MPa (室温) D
一4T
表层104,98,99
接头 6O5,605 f
根部108,100,124
焊 室温 56O 432 44.5 j无裂纹
缝 35O℃ j 270 } |
热影响区 } f I 表层290,290,290
根部290,290,290
5 结 语
通过对控氮不锈钢Z2CN19—10焊接特点的分
析,并进行了焊接试验,采用合理的焊接材料、坡口
型式和焊接工艺参数,焊缝的成形良好,焊接接头具
有良好的综合力学性能和抗晶间腐蚀能力,完全符
合母材的性能要求。控氮不锈钢Z2CN19—10焊条
电弧焊和埋弧焊工艺的试验成功,为相关核电产品
的焊接制造提供了可借鉴的经验。
参考文献:
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程,2007,5.
[2]陈炜.奥氏体不锈钢焊接的缺陷分析及解决办法[J].山西焦煤
科技,2003,6.
[3]徐文晓,徐文慧.奥氏体不锈钢容器的焊接[J].焊接技术,
20O6,1 O.
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