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焊接电流对异种钢焊接接头组织和力学性能的影响

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第48卷第2期 雹晖墩 Vo1.48 No.2 2018年2月 Electric Welding Machine Feb.2018 本文参考文献引用格式:埭 {:斜 ,父田.等.焊接IU流埘 种钠焊接接头 织和 : 能的影响【JllI乜焊机,2018,48(02):II2一II 7 焊接!电流 种锎嫖接攘 缀翻 学性麓 蝻 康 举 ,王智春。,吴 勇 ,赵卫东‘,曾燕屏 ,张元伟 (1.华北电力科学研究院有限责任公司国网冀北电力有限公司电力科学研究院,北京l00045; 2.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083) 摘要:分别采用3种不同的焊接电流焊接隔板静叶和隔板体(含铬量均为l 1%,但不同材质)的异种钢 测 试焊接接头的拉伸、冲击和弯曲性能。结果表明,3种焊接工艺下的组织均为回火马氏体,焊接电流为270 A 时的板条马氏体组织更粗大;EDS分析表明焊缝和热影响区的析出相主要为M∞C 相。当焊接电流为240A 时,接头具有较优异的综合力学性能。 关键词:异种钢:焊接;力学性能;析出相 中图分类号: rG457.1l 文献标志码:A 文章编号:1001—2303(2018)02—01 J2—06 D0l:10.75 l2/j.issn.100t一2303.2018.02.24 Effect of current on microstructures and mechanical properties of dissimilar steel welded joints KA ( .1u ,W^NG ZhMltlll ,Wt Yong ,r/ tA()Weidong。,ZENG Yanping!,ZHANG、llallPe( i (1.Nm,1h CtIll1:l lc1t h-j‘ Power Research Inslilule(、I1.,1 t(I.,State( tl Jil)Pi Eleclric Power Co.,I td.,I{Psoal’( lI h ̄stitule,Beijil1g 1()()045,China;2.School t)f’Mate r’ials Science and Engineering,University ot’S(‘tel (1 Fech— tmlog ̄Bet..iing,Bri.jing 100083.China) Abstract:q、IllPP kinds tl rI-Ill Ills illr IJ rIl r welding ilissintilal’sit t-Is wilh 1 l%‘‘luIIIllt ’lilt I11.And the 、t·t【Jflhl- t·"vvt hling(’Ill’rrlllS ‘川the lltil·1Ilsit’If(’hll(· illld lilt-( iiiic· InOlwllit ‘’f、、t hh I1ioinls is slilllied_rl nsih ,inlpacl tt betiding Illt i’ s‘If Ilu .Mnts “rt·Il sh I1 I I1t lrstilts l1I1、~Ihal Ihl-ll1;I r,osIltlChllt 【lf ll1r ioinls ̄iI1,Ihi‘ce ̄elllillg l t。hl】Iihigies alP all tell/pei’i“ Illill’h nsile.illlll lht IIILII’i‘ nsih-is Ill[1l·h t—I)lll scIr in Ihl 270 A.EI)S'll】 、sis shows lhI1l tl s I)1IIlaI'V pluist I,t We hts|lllII heal at ‘Ii (I Zlilll is nlain]} phiISl M!{【:n Fh ̄-jliinls ohhlint it wilh 240 A lldI、t i'XI 川tJnl‘。onlllirht nsivt Ill( (’hanil!al In(’lterlles. Key words:ilissinlihlr sh-P1:wtlhling:llle(-llanittal pi’ ) y:sf·(·(… l Y pllax(、 0前言 级问漏汽、它l 作住高温、高 、高 j1 境F,要求隔 日 ,』火力发电 我I 的电力结构I_f1仍ri7 = 板必须 仃较高的强度和刚度、较好的严密性和 导地位I I,汽轮饥f1: 火力发电厂的i_人|{ 机之一. 高温蠕变 Pt:II ̄ I 通常采用高温蠕变 能优良的9%~ 其部件的安全,11’静 l'i2 ̄关系着电力 、Il,『l勺发令 1 1%Cl-铁索体/t5氏体耐热钢作为隔板材料 I 隔板是汽轮机的十衰心部什,刑于 定静叶片和 止 汽轮机的隔板和静I1r通过焊接组装 成I I, 焊 收稿日期:!【)i7一ll—o4 接工艺不仅影响焊接接头的质量技 接效率,同时 基金项目:It<.11"1璁一IL ̄IA,“j限公川I也力科学研究院镊助项¨ 也影响汽轮机的运行稳定性和运行效率近年来随 t K.IZI60l5) 着 内IU乃I‘、 的迅速发展,多次发, {l 隔板静 作者简介: ’ (1983一), r程帅, 。 从。¨ J,rif:II lt’ {受1艺 j焊饯件n0研究E—lit…l:dlUndr:啦、 I1fJ脱落 敝I I因此,本研究以1000 M 级汽轮机中 l^ .…ll 隔板静叶和隔板体为试验材料,研究焊接 艺埘 焊接工艺 第2期 不同材质的隔板和静叶焊接接 in,n/*5; ̄u织和力 、 : 1.2试验方法 果用 1隙 体保护焊,隔板体侧为l5。的单、 , 焊接坡f I. 护气体为 (Al )85%+ (CO )15%, 预热;=lf『II J,h一:250~300 ,层间温度250~300℃,焊 披电 27~3 1 V,焊接电流分别为240 A、270 A和 300 A,焊接述 lfl1 焊后热处胂 I 艺:760+10。【=, 温1.5 l ,ft‘降濉速率300 cc,ll、 按 金 材料窜温拉伸试验方法GBfY 228一 性能的影响,为优化焊接工艺提供 I『舷依据 1试验材料和方法 1.1试验材料 隔板材料 2(h·llMoVNl +[Jl 片材料为12Ct 1 OC【J3W2NiMt)VNI)NB,焊丝牌 为Ell410,3种材料 的化学成分如丧1所示一 表1材料的化学成分 Table 1 Chemical composition of materials % 20l0和金属材料高温托仲试验,J‘ ( B/T 228.2— 2015列’焊接接头进行室温和I岛濉(536 c1[ ){’u.,fq Ji. 验,试样直径(b 5 II1111,杯距25 I11111:按照金J 十于料 比摆锤冲击试验方法(,Bfl’229—2007对焊接接头进 2.1.3叶片flJ!IJ热影响 的显微组织 3种焊接}U流下叶片侧热影响区的金相组织 均乃板条状 俸’十lI较于母材和隔板侧热影响区, 叶H‘fiJ11j热影响 的码 体板条 , 较大:3种焊接 电流下热影响i 的析 卡H尺寸大敛相当,EDS分析 丧I ,忻H【卡J j母材的相同, 尺寸较大。 2.1 4焊当堂I≮n勺 l f教 儿 { 3种,t ̄t 4受I乜流 卜焊缝区的金l卡【1组织均为板条 状 0氏体 接fU流为270 A时焊缝区的显微组织 峨‘f日人于240 _、手11 300 A时 由 4町 ,析出相主 沿品界分11 ,270 A时焊缝区的析m相最细小,数 最多,分 240 A时,析}n棚尺寸最大=EDS ,J\忻丧明,析…1寸1寓 Cl元素,种类 母材的相同。 行室温夏比冲 试验,试样 为l0 IIIII1X10 nllllX 55 Illl-I1,V型缺F1分别开在隔板侧 拔熔 线、焊缝 中心和叶片侧焊接熔合线处按蹦金 材料弯f¨1 iJ弋 验方法GB/T 232—2010埘焊拔接 逊{ 试验,每fN,tg.按电流下取 l 弯、背 ij{= 温弯『ll l,一个。: ’ 曲角为180。,试样尺 r 10 llllnx30 IIIIIIXl60 I11111:将 焊接接头酞样进行研磨、抛光,然}一 川盐酸氯化铁 溶液(50 niL HCI+5 g FeC13+lO【)…L I1:O)进仃侵 在Olympus金卡H 微镜和JSM一649()) 手=1捕}乜镜 下观察其妊微组织 2.2对接头力学性能的影响 2.2.1托仲忡能 2试验结果 2.1对接头组织的影响 2.1.1 隔板fI1¨I‘片 材的显暾 织 两种母材的垃微组织如 1所,J: 饭和叶” 宰温扎ffiJ试验结果表明,3种焊接电流下拉伸 试样均断裂0 II}‘片侧热影响区。不同焊接电流下接 的搴温和高7a;t4 ̄仲 K-能分圳见图5、图6。无论 楚 濉还址^ 濉,焊接电流为270 A时,焊接接头 的强发均较低, 较高.室温F,300 A时焊接接 均为板条 0氏体绀织,隔板的,I 十f三条比叶片的 细小。由SEM观察可 I,隔饭和【]㈠ 5 扳条I 均存在大 析H。卡H,EDS分 太Hjj这些忻 ¨相均 强度最高,fI_I 性最差 240 A时焊接接头的强度 略低于300、}1l},f - 好于300 A时、、高温下,焊 接I也流为240、I1、f焊接接头的强度最高,塑性低于 270 A时的 接接头,但高于300 A时的焊接接头。 富含Ci,5:C素,断定为…种M , 、 2.1.2隔板flJ!I】热影响区的显馓组织 3种焊接电流下隔板侧热影响 的金_十H组 均为马氏休组织,焊接电流为270 A时,组织最 综合而 ,240 A I1,j焊接接头的托仲性能较好。 2.2.2冲打 能 大,焊接电流为240 A时,组织最 街 3种焊接l乜 流下隔板侧热影响区的析 棚 寸大致棚当,¨1s 分析表明.析 }I卡岬}I类 j母材卡II 3种焊接电流下接头的冲i 试验结果如表2 哪 爪叶片删熔 线处冲击功最高,焊缝中心冲击 功最低焊接电流为240 时,无论是口{‘片侧熔合 焊接工艺 雹晖梭 a隔板 b叶片 图1 两种母材的显微组织 Fig.1 Iicr‘lstructllres of the base metals a 240 A b 27(I A ·I l4· 焊接工艺 康举,等:焊接电流对异种钢焊接接头组织和力学性能的影响 第2期 C 300 A 图2隔板侧热影响区的显微组织 Fig.2 Microstructures in the heat affected zone of the diaphragms a 240 A b 270 A C 300 A 图3叶片侧热影响区的显微组织 Fig.3 Microstructures in the heat affected zone of the blades g 磊 矽. ·115· 焊接工艺 雹珲拽 48卷 a 240 A c 300 A 图4焊缝区的显微组织 Fig.4 Microstructures in the weld seams 线处、焊缝中心,还是隔板侧熔合线处,其冲击功均 最高,随着焊接电流的增大,叶片及隔板侧熔合线 3分析 9%~l 1%Cr铁素体/马氏体耐热钢的热强性主 要通过同溶强化、细品强化和第二相强化(即沉淀 处的冲击功逐渐减小,而焊缝中心的冲击功则先减 小后增大 2.2.3 弯曲性能 3种电流下焊接接头的弯曲试验结果表明,经 180。弯【拍后,240 A的焊接接头,正弯和背弯试样均 完好;270 A的焊接接头,正弯试样断裂,背弯试样 现2条长4 n1111的裂纹;300 A的焊接接头,正弯 和背弯试样均断裂。由此可见,焊接电流为240 A时, 焊接接头的抗弯『什1性能最好。 ·强化) 种方式实现,尤其是从仅同溶休中沉淀析 的热力学稳定的碳化物是该型钢高温强化的一 个主要机制I 。细小弥散的碳化物相能够阻碍位错 运动.起到强化作用。受到焊接热循环影响时,碳 化物粗大、沿晶界析出,改变品界性质,尤其是当碳 化物相呈连续薄片状积聚在晶界上时.会促进晶界 裂纹的形成,削弱品界强度。囚此,无论是晶内/晶界 粗大碳化物相,还是沿品界积聚的连续薄层状碳化 116‘ — 焊接工艺 康举,等:焊接电流对异种钢焊接接头组织和力学性能的影响 第2期 噶 享 立 一 茎 曩 廷 暴 抗批戗度 服强废 断后仲K牢断 收缩牢 抗托强 服强度 断后仲长率断 收缩牢 图5不同焊接电流下焊接接头的室温拉伸性能 Fig.5 Room temperature tensile propert ̄s of welded joi- nts under different welding currents 图6不同焊接电流下焊接接头的高温拉伸性能 Fig.6 High temperature tensile properties of welded joi- nts under diferent welding currents 表2不同焊接电流下焊接接头的冲击功,J Table 2 Impact energy of the welded joints under different welding currents J 物均会降低接头强度。M∞c 相是9%~1 1%Cr耐热 钢的主要析出相,M:,C 是一种富含Cr、Mo、W等 元素的碳化物,其结构为复杂的立方品格,沿品界 织较焊缝区和隔板侧热影响区的组织粗大,EDS分 析表明焊缝和热影响区的析出相主要为M∞C 相。 (2)当焊接电流为240 A时,获得的焊接接头 析出的M c 会导致界面结合强度下降,降低合金 的塑韧性 I。 综合力学性能较为优异。 2Crl lMoVNbN钢(隔板侧)与12CrlOCo3W2Ni 参考文献: 【I】杨勇平,杨志、F,徐钢.等.中国火力发电能耗状况及展 望『J1.中【刊电机j二程学报,2013(23):l—l1. MoVNbNB钢(叶片侧)异种钢焊接接头母材、热影 响区和焊缝区均为马氏体组织。对于叶片侧热影响 【2】吴谦,余峰.汽轮机隔板强度有限冗法及其应用 西安 交通大学学报.1997(10):56—64. 区,焊接热循环使得马氏体组织长大,碳化物相粗 大,导致该位置成为接头力学性能的薄弱区域。在 不同焊接电流下,接头的力学性能主要与沉淀相的 尺寸、形貌和分布有关。焊接线能量较小时,焊接热 影响区的温度达不到析m相的溶解温度,析m相的 尺寸、分布与母材相比变化不大;当焊接温度较大 时,焊接热影响区的析H{相全部溶解,重新析 。 析 相重新析 时,往往会以晶界未溶解的析出相 为核心沿晶界连续析出,使得热影响区性能变差,进 而导致力学性能变差。 【3】蒋超静,王斌,黄斌,等.一种汽轮机隔板整圆焊接方法 【PJ.2015-l2-02. 【4】胡小磊.汽轮机隔板外环多层多道焊焊接变形数值模拟 fD1.黑龙江:哈尔滨理 大学.2015. 【5]刘金状.某电厂汽轮机低压缸隔板断裂失效原因分析 . 机电工程技术.2014(8):157一l6O. [6】唐人剑.陆伟,殷俊林,等.长期高温时效12CrlMoV钢中 碳化物组织结构fJ1.同济大学学报,2006,34(1):106-1 10. [7】郭岩,侯淑芳,周荣灿.晶界M c。碳化物对IN617合金力 学性能的影响….动力r程学报,2010(10):804—808. 【8】Gariboldi E,Cabibbo M,Spigarelli S。et .Investigation on precipitation phenomena of Ni-22Cl=1 2Co-9Mo alloy aged 4结论 (1)3种焊接电流下,焊接接头焊缝区及热影 and crept at lligh temperature[J].International Journal of Pressure Vessels and Piping,2008(85):63—7 I. 响区的组织均为回火马氏体,叶片侧热影响区的组 

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