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  對304H不銹鋼管采用埋弧焊的焊接方法進行了工藝試驗，分析了304H耐熱奧氏體不銹鋼管埋弧焊的特點，提出了合理的埋弧焊焊接工藝，檢驗焊縫質量，分析焊接接頭的顯微組織，測試其力學性能。結果表明：焊接工藝參數合理，在焊接接頭未發現任何焊接缺陷，焊縫質量良好；焊接接頭強度、塑性均可達到與母材相當的水平。304H耐熱奧氏體不銹鋼管采用此工藝方法焊接，完全可以獲得優良的焊接接頭。

  2004年，某廠承接了大慶石油化工總廠苯乙烯裝置擴能改造項目的核心設備SMART反應器的制造任務，該反應器為立式結構，總高度10 284 mm，總重量127.8 t，材質為304H，規格DN4100 mm×22/30/42mm。這臺設備屬高溫設備，設計溫度為650℃，所使用的材料304H為耐熱奧氏體不銹鋼，該種不銹鋼具有良好的高溫力學性能和抗高溫蠕變性能，在苯乙烯裝置反應器中大量采用。文中通過焊接工藝試驗，研究了焊縫的力學性能、顯微組織和焊接工藝參數，最終取得了良好的焊接接頭，為今后承攬304H材質壓力容器的制造任務提供了技術支持。

1  SMART反應器制造技術要求

    設備主體材料為304H，材料符合ASME-SA240標準，材料為固溶狀態交貨。按圖樣要求對鋼板的化學成分、力學性能、鋼板晶粒度進行復驗。

    反應器的A、B類焊縫進行100%射線檢測，符合JB4730-94<壓力容器無損檢測>規定的Ⅱ級合格，100% PT檢查，I級合格。

2焊接工藝試驗

2.1母材復驗

    304H材料的化學成分和力學性能復驗結果見表l和表2。

2.2焊材選擇

    焊接材料選用哈爾濱焊接研究所威爾焊接有限責任公司生產的44.0 mm的ER308H焊絲、10-60目SJ601焊劑；焊絲、焊劑的化學成分見表3和表4。

2.3焊接方法及焊前清理

    采用埋弧焊方法，試板(750 mm×150 mm×42mm．2件)加工不對稱X形坡口，坡口形式如圖1所示．焊接參數見表5。

    由于304H耐熱奧氏體不銹鋼管中C、S、P等雜質含量很低，焊前必須防止焊接過程中C、S、P等雜質進入焊縫，而影響其力學性能，所以焊前坡口及其兩側各50mm范圍內先用電動不銹鋼絲刷除去表面雜質，露出金屬光澤，然后再用丙酮擦洗，除去油脂，并涂白堊粉，以防止焊接飛濺。

2.4焊接操作要點

    (1)焊接前，對焊絲表面進行除油；焊劑嚴格按照焊材使用說明書進行烘干。

    (2)焊接時，盡量選用小的熱輸入，在保證焊接質量的前提下，采用小規范焊接參數，盡量采用多層多道焊，每焊完一道焊縫后，要等焊縫冷卻后再進行下道焊縫的焊接工作。焊接時，在施焊的另一面采取通風強制冷卻的方式對焊縫進行冷卻，嚴格控制層間溫度不大于100℃。

    (3)選擇合理的焊接順序，正面焊完幾層后，再進行背面的焊接，以減小由于焊接所引起的變形。對于與介質接觸的焊縫，要最后進行焊接，以減小焊縫由于反復受熱而破壞不銹鋼管焊縫的耐腐蝕性能和焊縫的晶粒度。

    (4)采用碳弧氣刨時，要用砂輪徹底打磨干凈，防止由于滲碳引起熱裂紋。

    (5)在焊接過程中途停弧、最終結束時，要盡量填滿弧坑，以防止在弧坑處產生凝同裂紋。

    (6)對焊接接頭的焊接質量進行外觀和內部檢查，按JB4708-2000制取試樣，對力學性能、硬度、晶粒度和金相組織進行測試。

3試驗結果與討論

3.1焊接質量檢驗

    對焊接接頭外表面觀察，焊縫呈銀白色和淡黃色的金屬光澤，屬于良好的保護等級。經宏觀檢查和X射線無損探傷證明，焊縫截面豐滿，余高合理，未發現氣孔、未熔合及未焊透等缺陷。焊前無須預熱，焊后未發現焊接熱裂紋，表明焊接接頭質量合格。

3.2焊接接頭的力學性能

    埋弧自動焊的特點是熱輸入量高，熔池尺寸較大，冷卻速度和凝周速度較慢，加劇了合金元素的偏析，促使形成粗大的初次結晶，得到的焊接接頭塑性韌性較低，焊縫金屬和近縫區熱裂紋敏感性提高。奧氏體不銹鋼管焊縫是否會產生裂紋主要取決于雜質的含量，焊縫金屬中硅、硫、磷含量如超標是十分有害的，錳在很大程度上提高了焊縫的抗裂性。此次焊接工藝試驗測試的焊接接頭試樣的力學性能、硬度、晶粒度如表6所示。從表中可以看出，304H鋼采用埋弧焊所獲得的焊接接頭具有優良的綜合性能。

3.3接頭的顯微組織

    304H不銹鋼管埋弧焊對接接頭的顯微組織如圖2和圖3所示。可見，焊縫組織為枝晶狀奧氏體+鐵素體（圖2），熱影響區組織為奧氏體（圖3）。

    焊縫中相的有利作用：一方面，鐵素體散布在奧氏體晶粒的晶界，可打亂單一奧氏體柱狀晶的方向性，有阻隔晶界通道并延伸總通道長度的作用，對減少晶間腐蝕是有效的；另一方面，由于鐵素體的存在，大大提高了焊縫抗凝固裂紋的性能。

4結  論

    (1)304H不銹鋼管采用埋弧焊，選用合理的焊接材料、坡口形狀尺寸及焊接工藝參數，焊縫成形美觀，焊接質量優良。

    (2)焊接接頭強度、塑性、韌性均可達到與母材相當的水平，焊接接頭具有優良的綜合力學性能。