一种在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，用于控制焊接接头处的过渡区硬化层的厚度，属于焊接技术领域。
【背景技术】
[0002]蒸汽发生器作为核岛主设备，核燃料产生的热量是通过蒸汽发生器从含放射性冷却剂的回路传导至驱动汽轮机的蒸汽回路。由于高温、潮湿的蒸汽对蒸汽发生器内表面有腐蚀作用，而蒸汽发生器的安全性能对于核电站的安全运营有至关重要的意义；因此为了提高蒸汽发生器内表面的耐腐蚀性能，延长蒸汽发生器的服役周期，需要在蒸汽发生器的内表面上堆焊一定厚度的耐高温、抗氧化及抗硫化氢等腐蚀的不锈钢耐蚀层。
[0003]SA508Gr3C12低合金钢由于强度适中、塑韧性和可塑性良好、中子辐射敏感性低，被广泛应用于核电行业中，而蒸汽发生器的材料就采用这种SA508Gr3C12低合金钢。EQ309L和EQ308L奥氏体不锈钢由于具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁或弱磁性，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，因此在蒸汽发生器的制造过程中，需要在其内表面堆焊一定厚度的EQ309L和EQ308L不锈钢衬里，以提高蒸汽发生器内表面的耐腐蚀性能。
[0004]带极埋弧堆焊由于具有熔敷速度快、生产效率高、焊缝成形美观、尺寸稳定、无弧光辐射、无飞溅、烟尘小、劳动条件好等多方面的优点，因此在核能行业的厚壁蒸汽发生器和压力容器及石油化工行业的加氢反应器、原流合成塔、煤液化反应器的内表面进行大面积堆焊不锈钢耐蚀层时，均大量采用带极埋弧堆焊(SAW)技术。
[0005]采用带极埋弧堆焊工艺对蒸汽发生器内表面进行不锈钢带极埋弧堆焊的过程中，焊接接头过渡区由于元素的扩散，在熔合线两侧产生与堆焊层和母材组织存在明显差异的组织，分别为光学显微镜下的白亮层(硬化层)和缓冲层。扫描电镜分析结果显示:硬化层的组织为板条马氏体，马氏体组织的产生是由于元素的扩散(也就是不锈钢堆焊层中的铬Cr向低合金钢扩散，低合金钢中的碳C向不锈钢扩散)和基体侧的冷却速度比不锈钢侧快。扫描电镜图片显示在板条马氏体上存在气孔，当焊接接头存在较大的残余应力时，焊接接头过渡区的II型边界以及板条马氏体上的气孔作为裂纹源，在较大的残余应力作用下扩展，最终会导致不锈钢堆焊层开裂甚至剥离，严重影响蒸汽发生器的安全性能和服役周期。
[0006]众所周知，核电的安全运营至关重要，针对目前蒸汽发生器内表面不锈钢带极埋弧堆焊会出现开裂甚至剥离的问题，亟需探索一种新的在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，使其能够有效控制焊接接头过渡区中硬化层的厚度。这对于提高不锈钢堆焊层与低合金钢母材的结合强度，从而提高不锈钢带极埋弧堆焊焊接接头的综合性能，提高蒸汽发生器的安全性能，实现核电站的安全运营有非常重要的意义。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，克服了现有技术中低合金钢母材上不锈钢带极埋弧堆焊的焊接接头处会出现不锈钢堆焊层开裂甚至剥离的问题，有效控制不锈钢带极埋弧堆焊焊接接头过渡区中硬化层的厚度。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，具体包含以下步骤:
51、进行焊前预热；采用不锈钢焊带在低合金钢母材的待堆焊面上进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊，形成第一层不锈钢堆焊层；
52、进行后热处理；
53、采用不锈钢焊带在第一层不锈钢堆焊层上进行第二层不锈钢带极埋弧堆焊，形成第二层不锈钢堆焊层；随后采用不锈钢焊带在第二层不锈钢堆焊层上进行第三层不锈钢带极埋弧堆焊，形成第三层不锈钢堆焊层；该第三层不锈钢堆焊层的表面为焊后堆焊面；
54、进行焊后热处理；
通过对预热温度、层间温度、焊接电流、焊接电压、焊接速度、后热处理的温度和时间、以及焊后热处理的温度和时间的控制，将不锈钢带极埋弧堆焊焊接接头过渡区硬化层的厚度减小50%以上。
[0009]所述的S1中，在进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊时，预热温度为121°C?150°C ;层间温度为大于预热温度且小于等于200°C。
[0010]所述的S1中，当用于进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为30mmX0.5mm时，焊接电流为440?460A ;焊接电压为25?30V ;焊接速度为130?150mm/mi η η
[0011]所述的S1中，当用于进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为45mmX0.5mm时，焊接电流为590?610A ;焊接电压为25?30V ;焊接速度为150?170mm/mi η η
[0012]所述的S1中，当用于进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为60mmX0.5mm时，焊接电流为750?770A ;焊接电压为25?30V ;焊接速度为170?190mm/mi η η
[0013]所述的S1中，当用于进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为75mmX0.5mm时，焊接电流为1050?1070A ;焊接电压为25?31V ;焊接速度为220?240 mm/mi η η
[0014]所述的S1中，当用于进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为90mmX0.5mm，焊接电流为1350~1370A ;焊接电压为25~31V ;焊接速度为260~280 mm/min0
[0015]所述的S2中，在进行后热处理时，加热温度为250°C?300°C，保温时间为4?6小时。
[0016]所述的S3中，在进行第二层和第三层不锈钢带极埋弧堆焊时，层间温度为大于预热温度且小于等于200°C。
[0017]所述的S3中，当用于进行第二层和第三层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为30mmX0.5mm时，焊接电流为440?460A ;焊接电压为25?30V ;焊接速度为130 ?150 mm/mi η η
[0018]所述的S3中，用于进行第二层和第三层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为45mmX0.5mm，焊接电流为590?610A ;焊接电压为25?30V ;焊接速度为150?170 mm/mi η η
[0019]所述的S3中，用于进行第二层和第三层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为60mmX0.5mm，焊接电流为750?770A ;焊接电压为25?30V ;焊接速度为170?190 mm/mi η η
[0020]所述的S3中，用于进行第二层和第三层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为75mmX0.5mm，焊接电流为1050?1070A ;焊接电压为25?31V ;焊接速度为220 ?240 mm/min。
[0021]所述的S3中，用于进行第二层和第三层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为90mmX0.5mm，焊接电流为1350~1370A ;焊接电压为25~31V ;焊接速度为260~280mm/minο
[0022]所述的S4中，在进行焊后热处理时，加热温度为595°C?620°C，保温时间为40?45小时。
[0023]本发明所述的在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，在所述的S1之前还包含对低合金钢母材上的待堆焊面进行堆焊前无损检测的步骤，具体为:对低合金钢母材上的待堆焊面进行目视检查和尺寸检查；以及对低合金钢母材上的待堆焊面进行MT检查。
[0024]本发明所述的在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，在所述的S3和S4之间还包含对焊后堆焊面进行堆焊结束后的无损检测的步骤，具体为:对焊后堆焊面进行目视检查和尺寸检查；对焊后堆焊面进行PT检查；以及对焊后堆焊面进行UT检查。
[0025]本发明所述的在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，在所述的S4之后还包含对焊后堆焊面进行焊后热处理后的无损检测的步骤，具体为:对焊后堆焊面进行焊后热处理后的PT检查；以及对焊后堆焊面进行焊后热处理后的UT检查。
[0026]综上所述，本发明所提供在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，克服了现有技术中低合金钢母材上不锈钢带极埋弧堆焊的焊接接头处会出现不锈钢堆焊层开裂甚至剥离的问题，有效控制不锈钢带极埋弧堆焊焊接接头过渡区中硬化层的厚度，与常规工艺方法相比，可将硬化层厚度减小50%以上，有效提高不锈钢堆焊层与低合金钢母材的结合强度，提高焊接接头的综合性能，提高蒸汽发生器的安全性能和延长其服役期限，实现核电站的安全运营。
【附图说明】
[0027]图1为采用现有技术中的常规焊接工艺在低合金钢母材上焊接形成的焊接接头过渡区的金相组织示意图；
图2为采用本发明的在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊方法形成的焊接接头过渡区的金相组织示意图；
图3为采用本发明的在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊方法形成的三层不锈钢堆焊层的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合图1?图3，详细说明本发明的多个优选实施例。
[0029]如图3所示，本发明所提供在低合金钢母材上进行不锈钢带极埋弧堆焊的方法，具体包含以下步骤:
51、进行焊前预热；采用不锈钢焊带在低合金钢母材4的待堆焊面上进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊，形成第一层不锈钢堆焊层1 ;
52、进行后热处理；
53、采用不锈钢焊带在第一层不锈钢堆焊层1上进行第二层不锈钢带极埋弧堆焊，形成第二层不锈钢堆焊层2 ;随后采用不锈钢焊带在第二层不锈钢堆焊层2上进行第三层不锈钢带极埋弧堆焊，形成第三层不锈钢堆焊层3 ;该第三层不锈钢堆焊层3的表面为焊后堆焊面；
54、进行焊后热处理；
通过对预热温度、层间温度、焊接电流、焊接电压、焊接速度、后热处理的温度和时间、以及焊后热处理的温度和时间等的工艺条件的控制，从而有效控制不锈钢带极埋弧堆焊焊接接头过渡区硬化层的厚度，与常规工艺方法相比，可将硬化层厚度减小50%以上；提高了堆焊层与母材的结合强度，克服了现有技术中低合金钢母材上不锈钢带极埋弧堆焊的焊接接头处会出现不锈钢堆焊层开裂甚至剥离的问题。
[0030]所述的S1中，在进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊时，预热温度为121°C?150°C ;层间温度为大于预热温度且小于等于200°C。
[0031]在焊前对低合金钢母材预热可以防止冷裂纹的产生，如果预热温度过低将不能起到防止裂纹产生的作用，而如果预热温度过高则会软化低合金钢母材组织。因此，本发明中的预热温度的范围为121°C?150°C。
[0032]所述的层间温度如果过低则容易出现脆硬组织，降低焊缝性能；而如果层间温度过高则会造成组织软化，使焊缝组织强度降低。因此，本发明中的层间温度的范围为大于预热温度且小于等于200°C。
[0033]所述的S1中，当用于进行第一层不锈钢带极埋弧堆焊的不锈钢焊带的带极尺寸为30mmX0.5mm时，焊接电流为440?460A ;焊接电压为25?30V ;焊接速度为130?150mm/minο
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