奥氏体不锈钢焊缝热裂纹缺陷的高精度预制和验证方法

摘要

本发明提供了奥氏体不锈钢焊缝热裂纹缺陷的高精度预制和验证方法，包括以下步骤：垫板堆焊焊接试件——环对接焊接试件——模拟焊条和环对接焊接试件的代表性验证——检验热裂纹缺陷特性是否相当——检验含热裂纹的溶敷金属力学性能是否相当。本发明在奥氏体不锈钢管道环对接焊缝溶敷金属热裂纹的高精度预制工艺研究过程中，获知了奥氏体不锈钢焊条热裂敏感性的关键影响因素及程度，确定了热裂纹的有效无损检验方法，确定了热裂纹高精度预制的验证方法。

主权项

一种奥氏体不锈钢焊缝热裂纹缺陷的高精度预制和验证方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，垫板堆焊焊接试件步骤1.1，模拟焊条制取，制取药皮类型与管道安装使用焊条相同的模拟焊条，热裂敏感元素P位于《压水堆核岛机械设备设计和建造规则(RCC‑M)》(1993版)技术规范规定的上限，Ni、Cr位于RCC‑M规定的下限，采用RCC‑M规定的DELONG图计算δ铁素体含量；步骤1.2，选择堆焊垫板，采用ASTM304L奥氏体不锈钢作为堆焊垫板；步骤1.3，堆焊，在选定的垫板上堆焊，堆焊3层，底层6～8道，其余两层6道，分别采用正常和偏离正常焊接工艺参数堆焊；步骤1.4，对堆焊的熔敷金属的热裂纹采用超声波检验、射线照相检验、液体渗透检验、δ铁素体含量测定和微观金相解剖，进行热裂敏感性检验；步骤1.4.1，对堆焊的熔敷金属分别进行包括超声波检验和射线照相检验的无损体积性检验；步骤1.4.2，对堆焊的熔敷金属进行逐层打磨和逐层液体渗透检验、微观金相解剖检验，δ铁素体含量测定；步骤1.4.2.1，采用砂轮逐层打磨及液体渗透检验，每层打磨深度0.5mm～0.6mm，每打磨一层之后进行液体渗透检验和δ铁素体含量测定，同时观察和分析液体渗透检验显示的热裂纹形貌；步骤1.4.2.2，微观金相解剖，对采用相同焊接工艺参数堆焊的熔敷金属机械切割制取金相样品，从表面和横剖面两个方向进行热裂纹形貌及分布的微观金相分析；步骤1.4.2.3，化学成分分析，从金相样品取样剩余熔敷金属上取样进行化学成分分析；步骤1.5，确定模拟焊条，根据评价准则I确定模拟焊条，若不满足评价准则I，则需调整模拟焊条焊芯和药皮的化学成分，使其满足评价准则I；评价准则I为采用正常焊接工艺参数堆焊的熔敷金属中没有热裂纹存在，采用偏离正常焊接工艺参数堆焊的熔敷金属中有热裂纹存在，熔敷金属化学成分中P位于RCC‑M规定的上限，Ni、Cr位于RCC‑M规定的下限，δ铁素体含量2.0％～4.0％；步骤2，环对接焊接试件步骤2.1，环对接焊接试件制取步骤2.1.1，选择环对接焊接的管段，采用使役管道安装剩余的管材及规格；步骤2.1.2，环对接焊，采用步骤1.5确定的模拟焊条进行环对接焊接，分别采用正常和偏离正常焊接工艺参数进行全位置氩电联焊，坡口形式符合RCC‑M规定；首先采用Φ1.6mm的ER316L焊丝进行2层氩弧打底焊，其余焊层采用模拟焊条进行手工电弧焊，环焊缝共由10个焊层组成，氩弧打底焊层总厚度5mm～6mm、手工电弧焊层平均厚度不超过模拟焊条直径尺寸；步骤2.2，环对接焊接试件熔敷金属无损试验，步骤2.2.1，对焊缝熔敷金属表面抛光达到无损检验表面粗糙度要求之后，依次进行射线照相检验和超声波检验；步骤2.2.2，采用砂轮逐层打磨及液体渗透检验，每层打磨深度0.5mm～0.6mm，每打磨一层之后进行液体渗透检验和δ铁素体含量测定，同时观察液体渗透检验显示的热裂纹形貌并与使役管道环焊缝熔敷金属热裂纹缺陷特性进行比对，打磨持续到液体渗透检验没有检出热裂纹为止；步骤2.3，对采用相同焊接工艺参数焊接的环对接焊接试件熔敷金属机械加工制取金相样品，对金相样品从横剖和纵剖两个方向进行热裂纹形貌及分布的微观金相分析；步骤2.4，对金相样品取样剩余熔敷金属取样进行化学成分分析；步骤2.5，根据评价准则II确定模拟焊条，若不满足评价准则II，则需调整模拟焊条焊芯和药皮的化学成分，评价准则II为采用正常焊接工艺参数焊接的熔敷金属中不能有热裂纹存在，采用偏离正常焊接工艺参数焊接的熔敷金属中有热裂纹存在，熔敷金属中热裂纹与使役管道环焊缝熔敷金属热裂纹缺陷特性数据相当，具体为：裂纹形貌为沿奥氏体柱状晶晶间开裂，单条热裂纹深度＜1.8mm，距焊缝外表面1mm～2mm，内单位面积热裂纹密度约2条/cm2且热裂纹密度在焊缝深度方向递减，深度6mm之后基本没有热裂纹；熔敷金属化学成分符合AWS A5.4《手工电弧焊用不锈钢焊条标准》规定,其中P位于AWS A5.4规定的上限，Ni、Cr位于AWS A5.4规定的下限，δ铁素体含量与使役管道环焊缝熔敷金属中的相当；步骤2.6，采用满足评价准则II的模拟焊条制取熔敷金属中预制有热裂纹的环对接焊接试件；步骤2.7，预制有热裂纹的熔敷金属性能测试，按RCC‑M规定的取样要求制取熔敷金属性能测试样品，进行常温下横向和纵向拉伸试验和设计温度下纵向拉伸试验，化学成分分析；步骤3，模拟焊条和环对接焊接试件的代表性验证；针对经步骤1确定的模拟焊条和步骤2确定的环对接焊接试件，从热裂敏感性、热裂纹无损检验特性、熔敷金属化学成分和δ铁素体含量、热裂纹缺陷特性、拉伸性能方面综合进行比对；步骤3.1，检验模拟焊条热裂敏感性是否与使役管道环焊缝焊条热裂敏感性相当；即在环对接焊接试件制取时，采用正常焊接工艺参数焊接没有产生热裂纹，偏离正常焊接工艺参数则产生热裂纹；如果模拟焊条热裂敏感性与使役管道环焊缝焊条热裂敏感性不相当，则返回步骤1；步骤3.2，检验热裂纹无损检验特性是否与使役管道环焊缝热裂纹无损检验特性相符；即体积性检验和打磨前液体渗透检验均不能发现热裂纹缺陷；如热裂纹无损检验或打磨前液体渗透检验发现热裂纹缺陷，则返回步骤1；步骤3.3，检验化学成分和δ铁素体含量是否与使役管道焊缝的相当；即模拟焊条环焊缝熔敷金属化学成分满足AWS A5.4规定，且模拟焊条环焊缝熔敷金属化学成分和δ铁素体含量与使役管道焊缝熔敷金属的相当，即数据偏离值在5％以内；如化学成分和δ铁素体含量与使役管道焊缝的不相当，则返回步骤1；步骤3.4，检验热裂纹缺陷特性是否相当；即将模拟焊条环焊缝熔敷金属中热裂纹缺陷特性与使役管道环焊缝熔敷金属中热裂纹缺陷特性对比，均应具有裂纹沿柱状晶的晶间开裂的特征，为典型的热裂纹；模拟焊条环焊缝熔敷金属和使役管道环焊缝熔敷金属中单条热裂纹深度相当，距焊缝外表面1mm～2mm内单位面积热裂纹密度约2条/cm²且热裂纹密度在焊缝深度方向递减，深度6mm之后基本没有热裂纹；如检验热裂纹缺陷特性不相当，则返回步骤1；步骤3.5，检验含热裂纹的熔敷金属力学性能是否相当；即在满足RCC‑M规定条件下，模拟焊条环焊缝熔敷金属力学性能与使役管道环焊缝熔敷金属力学性能相当，即数据偏离值在5％以内；如含热裂纹的熔敷金属力学性能不相当，则返回步骤1；上述步骤3.1～步骤3.5之间不要求先后顺序。