不銹鋼法蘭不合理的焊接熱輸入：
關于不銹鋼法蘭焊接熱輸入的傳統觀點是, 在焊接含鉻量22%的雙相不銹鋼法蘭時,熱輸入應限制在0.5～2.5kJ/mm,在焊接含鉻量25%的超級雙相不銹鋼對了時,熱輸入應限制在0.5～1.5kJ/mm。當采用更低(這里指<0.5kJ/mm,熱輸入小,熱量小,冷速快!)的熱輸入時,即使對含高氮的雙相鋼,在非?？斓睦鋮s速度下奧氏體的形成也不充分。當采用更高(這里指>1.5kJ/mm,熱輸入大,熱量大,冷速慢!)的熱輸入時,在慢的冷卻條件下,在鐵素體內有金屬間化合物析出的趨勢。25%Cr超級雙相不銹鋼與22%Cr雙相不銹鋼相比,25%Cr超級雙相不銹鋼對了的趨勢更加明顯。
Karlsson等人指出,在含氮量較高的,含22%Cr雙相不銹鋼,如UNS S32205的焊接過程中形成析出物的趨勢相當低,在不銹鋼法蘭焊接過程中,只要遵守上述焊接熱輸入限制就沒有風險。但是,他還進一步指出,當焊接25%Cr的超級雙相不銹鋼對了時,即使將焊接熱輸入限制在0.5～1.5kJ/mm,也不能保證多道焊縫沒有析出物。在這些高合金鋼中,焊縫的多次加熱循環會導致氮化鉻、二次奧氏體和包括σ相在內的各種金屬間化合物的析出。表3列出了基本金屬和焊條的成分范圍。
請注意,除了按照慣例促使在焊后狀態形成奧氏體,填充金屬的鎳含量高外,填充金屬中還添加了少量銅和鎢,為了使其與基本金屬相匹配。許多填充金屬制造廠家推薦填充金屬/基本金屬的組合材料。工藝評定測試用的板厚為9.5mm。接頭坡口形式是單面V型坡口,坡口角度為60度,根部間隙為1.5mm,鈍邊為3mm。最初的工藝評定測試使用的是3.2mm的電焊條。在V型坡口中進行焊接十次后,對根部進行清根,使其露出完好的金屬,然后再焊兩個道次完成焊接。所有焊道的平均焊接熱輸入為0.7kJ/mm。在-40℃從焊縫金屬和熱影響區切取了小尺寸(8mm厚的)夏比V型缺口試樣并進行了測試。沖擊試驗要求是27J,熱影響區遠遠超過了該要求。但是在對焊縫金屬進行初次實驗和重復試驗時,三個夏比V型缺口試樣中的兩個試樣沒有達到27J。
為了找出焊縫金屬沖擊試驗結果不高的原因,利用掃描電子顯微鏡檢測了工藝評定測試用的焊縫試樣。僅在鐵素體內就有大量的有角析出物。但是沒有準確確定到底是什么析出物。我們的結論是析出物是在對測試試樣進行十二道次的焊接時反復重復加熱產生的。
因此,使用相同的接頭設計和電焊條,又進行了一次新的工藝評定測試。在新的工藝測試中,為了使不銹鋼法蘭焊接熱輸入在1.2～1.3 kJ/mm之間,降低了焊接速度,焊接是通過在上部進行四個道次的焊接,在清根后進行一個道次的焊接完成的。在溫度為-40℃時,大小相同的小尺寸夏比V型缺口沖擊試樣完全超過了27J的要求。顯微組織內也沒有各種析出物。
管道內的根部焊道有呈現出不當熱輸入特殊情況的可能。在培訓碳鋼管道的焊接人員時,要求他們在進行根部焊道的焊接時要采用相當快的速度進行焊接,通常,在向下立焊時,使用纖維素電焊條,然后,采用“熱焊道”的高熱輸入,防止碳鋼產生氫致裂紋。但是,在熱輸入較高的“熱焊道”后,進行低熱輸入的根部焊道的焊接會使根部焊道過熱,造成超級雙相不銹鋼對了的根部焊道內金屬間化合物的析出。
因為在使用過程中,根部焊道表面通常與腐蝕介質接觸,這種情況非常危險。雖然金屬間化合物有損于韌性,但是,埋在焊接接頭內的金屬間化合物遠離暴露面,其危害程度要低于根部焊道內的金屬間化合物,原因是埋在焊接接頭內的金屬間化合物一般不與腐蝕介質接觸,而根部焊道內的金屬間化合物與腐蝕介質接觸。在焊接雙相不銹鋼法蘭,特別是超級雙相不銹鋼法蘭管道時的規范操作是根部焊道的熱輸入要大于最初的填充焊道。厚度為6mm左右的根部焊道使用效果相當好。
