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高炉风口中套异种金属焊接工艺研究

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工艺研究高炉风口中套异种金属焊接工艺研究张晓东 巩涛(中冶宝钢技术服务有限公司上海200941)摘要主要针对宝钢高炉风口中套内无氧铜和Q235钢两种材料的焊接工艺进行研究。

通过对两种材料的焊接性能进行分析,确定了对应的焊接材料和焊接参数,并通过现场实验,最终制定了适合铜钢异种材料在高炉中套在线检修的不预热状态下的焊接工艺。

关键词高炉风口中套无氧铜Q235不预热焊接工艺中图分类号TF573.7文献标识码BW el di ng Proce dure Researc h on Heteroge neousM etali n BF Tuyere M id BreastZhang X iaodong Gong Tao(MCC Baostee lTechno logy Serv ice Co.,Ltd.,Shanghai200941)AB STRACT T he paper m a i n l y researched on t he we l d i ng procedure of oxygen free coppe r-Q235stee l i n theb l ast f urnace(BF)t uyere m i d breast.T he co rrespondi ng we l d i ng m ater ials and para m ete rs w ere fi xed through ana l yzi ng the t wo ma teria l s!w e l d i ng perfor m ance,and t he appropr i ate w eldi ng procedure i n the non preheat state of BF tuyere m i d breast onli ne repa iri ng w as wo rked ou t through on spo t exper i m ents.K EY W ORDS BF t uyere m i d breast O xygen free copper Q235stee l N on preheat W e l d i ng procedure1引言宝钢高炉设备经过多年运行,逐渐出现各种设备故障。

其中,炉前中套由于生产工艺等因素的影响,造成中套边缘铜钢焊接部分开裂。

高炉中套位于风口与大套之间,外接大套内连风口,为炉前关键设备之一(如图1、图2示)。

其材质为无氧铜(Cu∀99.95%),在外口边缘采用Q235钢,用于与大套密封板焊接之用。

由于中套开裂处无法离线检修,只能在现场进行焊接。

所以,对于本身焊接难度就较高的铜钢异种金属焊接带来了更大的难度。

更重要的是一般铜钢焊接时的焊接工艺都要求采取焊前预热,而由于高炉中套内采取循环水强制冷却工艺,导致不可能实现焊前预热。

要对中套开裂部位进行修复,就必须克服由于上述原因而导致的焊接困难,而国内铜钢焊接采用不预热的方法还未有较大的突破,故对铜钢不预热焊接技术进行研究,以解决现场的焊接难题。

图1设备结构1#风口;2#风口中套;3#风口大套2无氧铜与低碳钢焊接性能分析Cu与Fe的原子半径、点阵类型、晶格常数及#65#T ota lN o.182 A ugust2010冶金设备M ETALLU RG IC A L EQU IP M ENT总第182期2010年8月第4期作者简介:张晓东,男,1968年出生,毕业于哈尔滨工业大学工程管理专业,大专,焊接高级技师,具有多年从事合金钢、碳素钢结构焊接、裂纹修复等工艺编制及现场组织实施经验外层电子数都比较接近,且铜与铁在液态下无限互溶,在固态下也是以( + )的双相组织形式存在,这是二者实现焊接的理论基础,但是由于铜与铁的熔点、导热系数、线膨胀系数和力学性能等都有很大的不同(表1),容易在焊接接头中产生应力集中,导致各种焊接裂纹,进而导致焊接接头力学性能降低。

焊缝中的铁元素对热裂纹倾向的影响也比较大,据有关资料介绍,当铁含量在10%~43%时,焊缝具有最好的抗裂性能,因此,控制焊缝的熔合比也是相当重要的环节。

此外金属的表面状态也会产生影响,如金属表面的氧化膜、表面吸附的空气、水等,都会给焊接造成很大的影响,焊接过程中也应给予充分重视[1][2]。

图2风口中套端面图基于对铜钢焊接性的分析,制定合理的焊接工艺是保证铜钢焊接质量的前提。

表1铜和铁物理性能的比较金属导热系数/W (m K)-120∃∃线胀系数(20~100∃)/10-6K-1收缩率/%Cu393.6326.616.44.7Fe54.829.314.22.03无氧铜与低碳钢焊接工艺制定3.1保护气体目前在铜钢异种金属焊接时一般采用钨极氩弧焊(纯氩)并进行焊前预热的焊接方法,由于高炉中套焊接时无法进行焊前预热,按照常规的焊接方法难以在母材上形成焊接溶池,所以必须通过改进焊接工艺措施来达到焊接成功的目的。

考虑到铜、钢的物理性能差异和高炉中套内冷却水强制冷却作用,为保证焊缝母材能充分熔化,以获得足够的熔深和优异的焊缝性能,采用在氩气中加入一定比例氦气(A r+H e)的混合气体作为保护气体,这样既可以节约焊接施工成本,又可以利用氦气能细化熔滴、减少飞溅、提高电弧稳定性、增加熔深及提高电弧密度的长处。

3.2焊接材料由于中套不同个体间铜钢两种材料的间隙不一,当铜钢间隙d∀3mm时采用纯铜焊丝H S201;当铜钢间隙d>3mm时采用纯镍焊丝Z308。

3.3坡口形式根据高炉中套焊接的特点及焊接环境的要求,采用Y形坡口作为铜钢焊接的最佳坡口形式(如图3所示)。

图3铜钢焊接坡口形式3.4坡口清理用机械法去除坡口表面及两侧(约30mm以内)的油污、氧化物及其它夹杂物,使其露出金属光泽。

尤其是钢侧锈蚀必须清理干净,以杜绝由于锈蚀外部因素引起气孔等缺陷的产生。

3.5焊接参数经过现场进行多次焊接试验,无氧铜与低碳钢在不预热的状态下,焊接过程呈最佳状态时焊接参数如表2所示。

表2高炉中套铜钢钨极弧焊焊接参数焊接形式电源极性电流L/A电压U/V氩气流量Q/L m i n-1氦气流量Q/L m i n-1焊丝直径/mm铈钨极直径/mm喷嘴直径D/mm打底焊直流正接250~300215102.5325盖面焊直流正接350以上215103.04253.6焊接操作手法传统的铜钢焊接工艺要求在焊接时电弧必须偏向铜母材一侧,以保证铜母材有足够的热量输入,但是电弧偏离焊缝中心线距离过大,不能保证钢母材金属充分热熔,极易产生未熔合缺陷,而且合适的偏移距离与铜母材的大小和壁厚#66#总第182期冶金设备2010年8月第4期有关,不是固定的数值,导致这种操作技术很难掌握。

根据现场多次焊接试验发现,由于采用氩气、氦气混合保护气体能取得比纯氩保护更高的电弧密度,施焊时只要将电弧对准焊缝中心,即可保证铜侧母材熔化和钢侧母材热熔状态,从而减少钢侧未熔合缺陷的产生,这不仅有利于焊缝的成型,也方便了焊接人员现场施工。

焊接过程中,一般打底焊时焊枪与焊缝呈75%角,在小电流时焊丝在焊枪的前边送入,而在大电流焊接时,为了解决焊丝未能及时送入熔池即熔化的问题,可在焊枪后边送丝,采用焊枪往后带一下的焊接手法。

焊接时,焊枪的摆动位置必须与熔池的宽度一致。

焊枪摆动位置靠前,熔池金属易向后流淌,不利于焊缝成形;摆动位置靠后,熔池金属往往流淌到未熔化的根部坡口上,造成下道焊接时的未熔合。

同时,根据工件厚度、焊接电流、送丝速度以及氦气比例等来确定适当的焊接速度对保证铜钢焊缝质量也是至关重要的。

3.7焊缝处理在现场焊接过程中,应不断敲打焊缝,使焊缝内应力得到充分的释放,从而有效地控制裂纹的产生。

3.8焊接质量保证措施1)进行作业的焊工必须持有相应的焊工操作证。

2)焊接所用焊机、焊枪及其他配件、焊丝必须有产品合格证,焊机、焊枪使用性能必须稳定,焊丝使用过程中必须妥善保存。

焊接用氩气、氦气纯度必须达到99.99%以上。

3)焊接时必须严格执行上述焊接工艺和参数,技术管理人员必须跟踪检查到位。

4)所有焊缝须在二十四小时内采用渗透探伤进行检查。

3.9作业安全保障措施1)中套内可能存在煤气,所以焊接时应在经检测安全后方能进入焊接。

2)现场焊接位置狭小,在焊接时,焊工脚下应踩有绝缘垫等,做好安全防护。

3)中套内空气处于不流通状态,在焊接时焊工应经常休息,以防产生窒息。

4)中套焊接时焊接线应有足够的截面积,以防大电流焊接时导线发热造成人体伤害或设备损伤。

4焊接效果检查4.1金相检验通过制取焊缝组织试块,并对其进行金相宏观检测分析发现:焊缝内部组织均匀,无氧铜与碳钢熔合区过渡均匀,无孔洞,熔合线平直,为典型冶金结合状态。

4.2使用效果以前的高炉中套焊接接头,一般都会在一个检修周期(3个月)左右即会开裂,而严格按照本焊接工艺进行焊接所得到的焊接接头,经过生产过程的使用证明,一般能够持续使用3个检修周期(9个月)以上。

5结束语通过对按照本焊接工艺进行焊接所得到的高炉中套铜钢焊接接头进行焊接效果检查可知,该焊缝具有良好的内部组织结构和使用性能,证明本高炉中套铜钢不预热焊接工艺及其参数的设定是正确合理的。

参考文献[1]李亚江,王娟,刘鹏.异种难焊材料的焊接及应用[M].北京:化学工业出版社,2004[2]苏在静,李福刚.紫铜与低碳钢的熔化极氩弧焊[J].焊接,2002(1):28~30[3]傅多智.转炉炼钢高压吹氧枪头紫铜与低碳钢异种金属的焊接工艺[J].安徽冶金科技职业学院学报, 2007,Vo.l17(2):4~5[4]陈裕川.焊接工艺评定手册[M].北京:机械工业出版社,2000[5]中国机械学会焊接分会:焊接手册[M].北京:机械工业出版社,1992(收稿日期:2010-03-09)#67#张晓东等:高炉风口中套异种金属焊接工艺研究2010年8月第4期。

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异种金属焊接问题及焊接工艺分析 付贵

异种金属焊接问题及焊接工艺分析 付贵

异种金属焊接问题及焊接工艺分析付贵摘要：随着我国的科学技术的不断创新，各种新设备、新技术、新工艺应运而生，随之对我国的工程构件的质量提出了更高的要求。

但是在进行工程施工时，不论是哪一种材料，都不可能全面满足施工的需求。

为了能够满足施工的需求，人们开始将不同的材料进行有效融合，让这些材料的性能得到了充分的发挥。

同时还能够有效替代贵重金属，减少不必要的经济投入，提升企业的经济效益。

所以在社会的各个行业之中，经常可以看到异种金属焊接的广泛应用。

但是，近几年我国经常发生异种金属焊接失效的情况，造成了一定的财产损失和人员伤亡。

关键词：异种金属；焊接问题；焊接工艺引言现代工程中大多数零件的工作环境都为高温、低温、电磁场、腐蚀介质或放射性环境，其中金属材料成为零件的主要原料之一。

而随着技术的发展，对零件要求也不断提升，一种金属材料已经无法满足实际使用需求。

因此在金属零件锻造中，不仅需要对同种材料进行焊接，同时需要对异种材料进行焊接。

在焊接过程中，不仅需要满足不同工作条件对金属材料的不同需求，考虑到成本问题，同时需要节约金属资源，发挥不同金属材料的性能优势。

焊接作为一种金属材料加工的重要技术，在特定情况下，异种金属构件的性能远远高于单一金属。

异种材料目前已经在电子、机械、化工、航天、造船以及多种其他领域得到广泛应用，异种金属焊接已经成为工业发展的一种趋势。

为确保能够更好满足工业发展需求，对异种金属焊接工艺技术进行研究。

1 异种钢焊接特点1）焊缝金属会被珠光体母材稀释，易产生马氏体组织，恶化接头质量。

2）奥氏体焊缝金属紧邻熔合线处存在一个窄的低塑性带，宽度一般为0.2~0.6mm，其化学成分和组织不同于焊缝的其它部分，通常称为熔合区脆性交界层，会降低冲击韧性。

3）焊接接头在焊后热处理或在高温条件下工作时，焊缝的熔合线附近会出现碳的扩散迁移现象，即在熔合线的珠光体一侧产生脱碳层，而在相邻的铬镍奥氏体焊缝中产生增碳层，使接头变脆，会降低接头的高温持久强度和耐蚀性。

异种金属在施工过程中焊接分析

异种金属在施工过程中焊接分析

2异种钢焊接特点
（1）焊缝金属会被珠光体母材稀释，易产生马氏体组织，恶化接头质量。
（2）奥氏体焊缝金属紧邻熔合线处存在一个窄的低塑性带，宽度一般为0.2~0.6mm，其化学成分和组织不同于焊缝的其它部分，通常称为熔合区脆性交界层，会降低冲击韧性。
（3）焊接接头在焊后热处理或在高温条件下工作时，焊缝的熔合线附近会出现碳的扩散迁移现象，即在熔合线的珠光体一侧产生脱碳层，而在相邻的铬镍奥氏体焊缝中产生增碳层，使接头变脆，会降低接头的高温持久强度和耐蚀性。
[4]雷振，秦国梁，林尚扬，等．铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况[J]．焊接，2014，（3）．
关键词：耐热钢与奥氏体不锈钢；异种钢；焊接；工艺
1?奥氏体不锈钢的焊接特点
（1）具有良好的耐蚀性，较好的塑性和高温性能，焊接性优良。
（2）焊接奥氏体钢时主要是其枝晶方向性强，线膨胀系数大，焊缝冷却时收缩应力大，容易出现热裂纹，并且变形倾向大。
（3）当焊缝及热影响区在450~850℃范围保持一定时间后，可能在晶间会析出铬的碳化物，发生晶间腐蚀倾向。
（4性相差愈大.焊接电弧愈不稳定，焊缝成形愈容易变坏。例如用电子束焊接铜与镍时，电子束发生横向波动.这种横向波动是由镍的残余磁性和外部磁效应引起的。
7结束语
在化工装置的检修过程中，由于异种钢接头工作条件的特殊性，决定了异种钢焊接的复杂性，合理选用焊接材料、焊接方法和焊接工艺才能够保证焊接质量，才能够保证化工装置的安稳运行。
（4）由于存在线膨胀系数的差别（奥氏体钢的线膨度升高而降低。胀系数比珠光体钢大30％~50％），会在焊后的冷却、热处理和使用过程中产生热应力。
3焊接工艺条件与冶金反应的关系
焊接冶金过程与焊接工艺条件有着密切的关系。影响焊缝金属成分的主要因素有2个，一是焊接材料（焊丝、焊剂、焊条），它们不仅影响冶金全过程的发展而且决定了焊缝金属的合金系统，所以调整焊接材料是控制焊缝金属成分的主要手段。二是焊接工艺规范，它在一定程度上影响冶金过程的发展，所以调整焊接工艺规范是控制焊缝金属成分的辅助手段。在选择焊接材料和焊接工艺时，不仅要考虑焊缝金属的成分和性能，同时也要考虑过渡层的成分和性能。焊缝金属与母材金属化学成分差别愈大愈不容易充分混合，则过渡层愈明显；熔合比或稀释率愈高时，过渡层也愈明显；熔合区金属液态存在的时间愈长或液体金属流动性愈好，则愈易于混合均匀，过渡层也有所减小。因此，可以通过增大焊接电流、延长熔池的高温停留时间、加强熔池的搅拌等工艺措施对过渡层进行适当控制。
异种材料焊接工艺分析——刘欢

异种材料焊接工艺分析——刘欢

专科生毕业设计（论文）题目：异种材料焊接工艺分析学生姓名：刘欢系别：电气信息工程系专业年级：2008级材料成型与控制技术指导教师：孙凤2011年 6 月 20 日摘要本文从材料的作用、意义以及在人类社会进步中的科学发展方向入手，研究分析了异种材料在焊接时所考虑的因素和焊接性特点，然后通过异种材料焊接罐体的典型具体事例分析异种材料在焊接时的工艺。

本文在异种材料焊接性能分析和MAG焊接试验的基础上，探讨了奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9)和低温压力容器用钢(16MnDR)角接接头的焊接工艺.通过电网变电站高压开关设备(GIS)的焊接实践，获得较好的焊接接头，满足了压力容器规程对罐体的焊接要求.关键词：新材料；异种材料的焊接；罐体焊接ABSTRACTThis paper discussed are dissimilar material from the welding process, first discuss，such as materials of the role of material in the human society, significance and the development direction of scientific progress, secondly have discussed in welding DMPM approach that consider the factors and features, and finally the weldability by a concrete example to analyze dissimilar material of welding process in DMPM approach, because the technology is more typical welding tanks, therefore this paper in dissimilar material welding performance analysis and MAG welding the basis of experiments, discusses the austenitic stainless steel (low temperature and pressure vessel 0Cr18Ni9) with steel(16MnDR) Angle after joint of welding process. Through the grid substation hv switchgear (GIS) welding practice, achieve good welding joints, satisfy the pressure vessel regulation of tanks welding requirements.Keywrods: New materials; Dissimilar material welding; Tanks welding目录前言 (1)第一章现阶段新材料技术的重大作用 (2)1.1 材料科学发展与人类社会进步 (2)1.1.1 材料在人类社会发展进程中的作用 (2)1.1.2 新材料在高技术中的作用 (2)1.1.3 材料科学与经济发展 (2)1.2 当前新材料的发展方向 (3)1.2.1 高性能化、高功能化、高智能化 (3)1.2.2 复合化 (3)1.2.3 极限化 (3)1.2.4 仿生化 (3)1.2.5 环境友好化 (3)第二章异种材料焊接的工艺研究 (4)2.1 异种材料焊接考虑因素 (4)2.1.1物理、力学性能和化学成分 (4)2.1.2工作条件和使用性能 (4)2.1.3几何形状、刚度大小、焊接位置 (4)2.2 异种材料的焊接性特点 (4)2.2.1 影响异种材料焊接性的因素 (4)2.2.2 异种材料焊接方法 (5)2.2.3 异种焊接材料的选用 (5)第三章罐体的异种材料焊接 (6)3.1 焊接结构及其焊接性分析 (6)3.1.1 焊接结构 (6)3.1.2 焊接性能分析 (6)3.2 OCr18Ni9 + 16MnDR焊接工艺 (7)3.2.1 焊接材料的选择 (7)3.2.2 保护气体的选择 (7)3.2.3 坡口的制定和加工 (8)3.2.4 工艺参数的确定 (8)3.2.5 焊接过程控制 (8)3.3 焊接质量评定 (8)参考文献 (1)致谢 (2)前言就我国和世界焊接领域而言，焊接技术的改革和焊接方法的探索尤为重要，好的焊接工艺不仅能够得到质量和性能优越的产品，还能使产品的成本降低从而实现更大利润[1]，同时在当今社会随着安全事故发生频率的增多，人们对焊接工艺品的担忧越来越深，尤其是异种材料的焊接，所以焊接工艺的改革势在必行。

锅炉异种金属焊接的缺陷问题探讨

锅炉异种金属焊接的缺陷问题探讨

锅炉异种金属焊接的缺陷问题探讨摘要：随着经济社会的发展，人们对各类工程结构构件的要求也在不断地提升，相关的工作人员不断提升业务能力的同时也在优化技术，使得人们满足人们对金属的耐磨性，应高温持续性等要求。

鉴于种种原因，单一的金属材料已经不能满足工程生产的需要，但是异种金属的焊接方法却得到了人们的广泛认可。

金属焊接可能将各种组成材料的优异性能得到充分的展现，以此同时，也可以降低相关的生产成本，从而最大限度的提高企业的经济效益。

关键词：异种金属；焊接接头；缺陷引言锅炉受热面管屏缺陷类型多种多样，其中异种金属焊接接头开裂泄漏是受热面管屏泄漏的一种常见原因。

异种金属焊接接头出现缺陷较多的是铁素体钢与奥氏体钢的焊接接头，此类焊接接头多采用镍基焊丝。

其成分与焊接接头两侧的母材差异较大，尤其铁素体一侧的熔合线两侧会形成一种异质界面。

该异质界面两侧由于相成分的差异，其结合力较弱；两侧材料的热膨胀系数不同，机组热负荷变化时会产生较大的热应力；两侧材料化学电位存在差异，在腐蚀性环境中易产生电化学腐蚀。

此外焊后若需要热处理，会促进C元素的迁移，形成增碳层，造成组织的不均。

还有可能造成铁素体侧的组织出现过回火。

总之，异种金属焊接接头因为成分、焊接工艺的特殊，引起缺陷的原因众多。

本文将结合实例，分析几种常见的异种金属焊接接头缺陷原因。

1.T91钢侧HAZ细晶区开裂1.1缺陷部件整体形貌异种金属焊接接头若一侧管材为T91钢，则T91钢侧HAZ细晶区常为焊接接头的薄弱环节，常出现开裂缺陷。

某机组高温过热器存在异种金属焊接接头，接头两侧的母材分别为TP347钢和T91钢。

在投运后约3．6万h在T91钢侧出现环向裂纹。

裂纹约一半圆周长，距离T91钢侧熔合线2～3mm。

1.2金相分析在焊接接头处取样做金相分析，可以发现裂纹贯穿整个壁厚，从外壁向内壁扩展，浸蚀后发现裂纹位于细晶区与不完全重结晶区交界处；细晶区有少量蠕变孔洞及裂纹，裂纹两侧则有大量蠕变孔洞及裂纹，组织均为回火索氏体，马氏体位向不可见；远离裂纹的母材组织为回火马氏体。