焊接参数对409L热轧板拼焊接头组织的影响.pdf

总第2 11期2023年第8 期试（实）验研究焊接参数对40 9 L热轧板拼焊接头组织的影响邹庆华（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原0 3 0 0 0 3）摘要：使用太钢不锈冷轧厂的焊接机组对10 mm厚的40 9 L热轧板进行了焊接试验，将坡口间隙分别设置为1mm、2mm、3 m m、4m m,焊接参数随之微调，焊后对焊接接头进行金相组织分析。结果表明：坡口间隙从1mm调整至4mm，焊接参数变化不大，热输入增加了约17%。这四组焊接参数的焊接HAz宽度差别不大，高热输入下焊接HAZ的晶粒粗化程度略有增加；坡口间隙为1mm时，焊缝下半部分出现了未熔合缺陷，会严重影响焊接接头的力学性能，导致过线时开裂，甚至发生断带事故。关键词：铁素体；不锈钢；厚板；焊接中图分类号：TG115.6*20引言409L铁素体不锈钢为第二代铁素体不锈钢，名义成分w(cr)=11%,属低铬铁素体不锈钢,具有良好的成形性、经济性、耐蚀性和抗氧化性，常用于汽车排气系统。有很多文献1-5 研究了40 9 L铁素体不锈钢的焊接性能，但大多数均为应用端的薄板制管焊接6-8 以及失效分析研究9 。由于钢厂是连续生产线,需要对前后两卷焊接相连，所以40 9 L焊接接头的质量将影响钢卷过线的安全性。本文以太钢冷轧厂焊接机组为试验设备，讨论了不同坡口间隙对厚度为10 mm的40 9 L焊接接头组织的影响，为厚规格铁素体不锈钢焊接接头的过线能力提升提供理论基础。1试验材料与方法试验材料为10 mm厚的40 9 L热轧态钢板，材料金相组织如图1所示，成分如表1所示。从图1可见，409L热轧态组织呈长条状。现场焊接方式为4台焊枪同时焊接，其中2 台焊枪为一组，前后放置，间隔100mm，焊缝经两道填满。一组焊枪焊接前半段，另一组焊枪焊接后半段，焊接示意图如图2 所示。本试验主要考虑焊接坡口间隙对40 9 L热轧板拼焊接头组编号坡口间隙/mm焊枪1112233442试验结果与讨论图3 一图6 为焊接接头宏观照片。由图3 一图6可见，随着焊接坡口间隙的增加，焊缝宽度逐渐增加。对焊缝组织进行观察，均可清晰地看出接头由上下两收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 2基金项目：山西省重点研发计划（2 0 19 0 3 D121092）作者简介：邹庆华（19 8 3 一），男，山东聊城人，毕业于天津大学，硕士，工程师，主要从事不锈钢生产技术管理工作。山西冶金Shanxi Metallurgy文献标识码：A织的影响，坡口间隙分别取1 4mm，焊接参数随之小幅调整，具体如表2 所示。焊接材料为1.6mm的ER309L实心焊丝，焊接保护气体为Ar和体积分数为2%的O2,流量为15L/min。焊后对焊接接头进行金相组织分析。图140 9 L不锈钢热轧态金相组织表140 9 L的化学成分w(c)/%w(si)/%w(Mn)/w(P)/%w(s)/%0.0080.403焊接方向图2 焊接示意图表2 焊接参数送丝速度/(m/min)焊枪2焊枪386.086.086.586.5Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.002文章编号：16 7 2-1152 2 0 2 3)0 8-0 0 0 3-0 2w(Ni)/W(Ti)/%0.1990.02212钢板焊接电压/V焊枪4焊枪186.086.086.586.5w(Cr)/0.00111.4140.055焊接方向焊速/(m/min)焊枪2焊枪333.03133.03134.73134.731道焊缝组成，下面焊缝可见细小晶粒，上面焊缝组织为粗大的奥氏体枝晶。这是由于下面焊缝在焊接过程中位于前面，电弧以穿透板厚并熔化两侧母材为主，所以会有大量的母材成分熔入下面焊缝中，导致焊缝0.223焊枪434.03134.03134.63134.6310.410.410.340.34山西冶金E-mail:第46 卷中铬镍当量比增加，根据德龙图可知,焊缝有一部分是铁素体或马氏体。而上面焊缝在前道熔池的后方，以填充为主，所以仍维持相当高的镍当量，故焊缝为典型的粗大奥氏体枝晶组织。mm5mm5mm图3 焊接接头宏观照片图4焊接接头宏观照片(间隙=1 mm)(间隙=2 mm)5.mm5mm图5焊接接头宏观照片图6 焊接接头宏观照片(间隙=3 mm)(间隙=4 mm)图7 一图10 为焊接HAZ的全景金相照片，图7一图10 中的黑色虚线为HAZ界限，界限的母材一侧为轧态的长条状组织，界限的HAZ一侧为轧态条带经焊接热循环加热而形成的退火等轴晶组织，部分靠近焊接熔合线的区域由于受热严重，等轴晶组织发生长大。对比图7 一图10,可见HAz宽度差别不大，但图9和图10 中HAZ晶粒粗化程度稍大于图7 和图8。这是由于四组焊接参数中的送丝速度（即焊接电流）和焊接电压几乎相同,差别仅在于焊接速度。为了将较大坡口间隙填满，3 号和4号的焊接速度相比于1号和2 号降低了约17%，这导致了焊接热输人增加了约17%，从而导致晶粒粗化略显严重10 。值得注意的是，图7 中左侧焊缝熔合线下半部分出现了未熔合缺陷，这将严重影响焊接接头的力学性能,很可能在钢带过线时出现开裂甚至断带事故。未熔合缺陷出现的原因很可能是由于坡口间隙过小，电弧具有电阻（导电距离）最短原则，没有穿透至坡口根部，导致根部母材没有熔化，熔池只是流到此处，并没有与母材形成冶金结合。1mm图7 焊接HAZ全景金相图8 焊接HAZ全景金相(间隙=1 mm)(间隙=2 mm)Lmm图9 焊接HAZ全景金相图10 焊接HAZ全景金相(间隙=3 mm)(间隙=4 mm)3结论1)坡口间隙从1mm增加至4mm,焊接参数变化不大，热输入增加了约17%。2)坡口间隙为1mm、2 m m、3 m m、4m m这四组焊接参数的焊接HAz宽度差别不大，高热输人下焊接HAz的晶粒粗化程度略有增加。3)坡口间隙为1mm时，焊缝下半部分出现了未熔合缺陷，会严重影响焊接接头的力学性能，可能会导致过线时开裂甚至发生断带事故。参考文献1周杰.43 0 铁素体不锈钢薄板CMT 焊接工艺研究D.天津：天津大学，2 0 19.2张彦睿，柳阳.铁素体不锈钢焊接热影响区的组织与冲击韧性研究J.热加工工艺,2 0 2 3,52(1)：144-146.3DING M,LIU S S,ZHENG Y,et al.TIG-MIG hybrid welding offerritic stainless steels and magnesium alloys with Cu interlayer ofdifferent thickness J.Materials&Design,2015,88:375-383.4VIDYARTHY R S,DWIVEDI D K,VASUDEVAN M.Influence ofM-TIG and A-TIG Welding Process on Microstructure and MechanicalBehavior of 409 Ferritic Stainless SteelJ.Journal of MaterialsEngineering and Performance,2017,26(3):1391-1403.5赵贞贞,郭永环,赵建业,等.热输人和退火保温时间对 40 9 L铁素体不锈钢TIG焊接接头过热区晶粒尺寸的影响J.机械工程材料,2 0 2 0,44(1):2 9-3 2.6LAKSHMINARAYANAN A K,BALASUBRAMANIAN V.Evaluationof Microstructure and Mechanical Properties of Laser Beam WeldedAISI 409M Grade Ferritic Stainless SteelJJ.Journal of Iron and SteelResearch International,2012,19(1):72-78.7RANJBARNODEH E,HANKE S,WEISS S,et al.Effect of weldingparameters on the heat-affected zone of AIS1409 ferritic stainlesssteel JJ.International Journal of Minerals,Metallurgy,and Materials,2012,19(10):923-929.8赵瑞.汽车用铁素体不锈钢激光焊接与熔凝工艺研究D长春：长春理工大学,2 0 2 1.9赵晖.SUH409L铁素体不锈钢焊管焊缝开裂分析与预防措施J.山西冶金，2 0 19,42(6)：10 4-10 5.10徐书峰,徐芳泓，柳阳，等.相同热输入条件下参数匹配对SUH409L焊缝组织的影响研究J.太原理工大学学报，2019,50(3):329-334.（编辑：武倩倩）（下转第2 0 页）山西冶金20E-mail:第46 卷灰性能。烟气经过湿法脱硫塔后会携带一部分石膏浆液细雾滴进人湿电除尘器电场区域，石膏浆液细雾滴附在阳极上会板结,难以冲洗干净,影响除尘效率。因此在设计湿电除尘器喷淋系统时,需优化冲洗覆盖率，确保设备运行性能最佳。以中天钢铁410 0 MW超高温亚临界煤气发电湿法脱硫项目湿电除尘器为例，冲洗喷嘴采用螺旋实心锥，冲洗喷嘴口径1/2 寸，冲洗喷嘴材质选用2 2 0 5，冲洗喷嘴设计流量（单个喷嘴）为2.0 2.5m/h，单个喷嘴冲洗面积1.2 m,单台湿电除尘器冲洗喷嘴数量10 8 个。冲洗覆盖率计算公式为：(4)Ao=T hx tan?%2，PA。n=Q-DA 10 0.A式中:A为除雾器有效通流面积,m;A。为单个喷嘴的覆盖面积，m;h为冲洗喷嘴距除雾器表面的垂直距离,m;为射流扩散交，（）;n为喷嘴的数量，个;P为冲洗强度，L/（mi n m);Q为喷嘴的流量参数，L/min；为冲洗覆盖率，即冲洗水对除尘器断面的覆盖程Study on the Characteristics of Desulfurization Wet Electrostatic Precipitator Integrated(China City Environment Protection Engineering Limited Company,Wuhan Hubei 430205,China)Abstract:In order to further improve the dust removal efficiency of the integrated device of desulfurization wet electrostatic precipitator,aload adjustment experiment was conducted on a 4 10o MW ultra-high temperature subcritical gas power generation wet desulfurizationproject on Zhongtian Steel,The effects of uniform distribution of flue gas flow rate,working voltage of a rigid tube type 6-pin barbed wirecathode line power supply,water spray pressure,and water spray flow rate on dust removal efficiency were analyzed,and the relationshipbetween anode tube diameter and volt ampere characteristics was studied.The deflector angle is 5o.The flue gas flow velocity is evenlydistributed.The working voltage of the rigid tubular 6-pin mang-barbed cathode wire power supply is proportional to the dust removalefficiency.The water spray coverage rate is 215%and the nozzle angle is selected 90.When the dust removal efficiency is the best.Thedust removal efficiency decreases as the diameter of the anode pipe increases.Key words:wet electrostatic dust removalievenly distributed airflow;anode tube(上接第 4页)Effect of Welding Parameters on Microstructure of 4o9L Hot Rolled Plate Joint(Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030003,China)Abstract:The welding test of 409L hot rolled plate with 10 mm thickness was carried out by the welding unit of TISCO stainless ColdRolling plant.Groove clearance was set to 1 mm,2 mm,3 mm and 4 mm respectively,and the welding parameters were fine-tunedaccordingly.After welding,the metallographic structure of the welded joint was analyzed.The results show that the groove clearance isadjusted from 1 mm to 4 mm,the welding parameters have little change,and the heat input increases by about 17%.There is little differencein the width of HAz between the four groups of welding parameters,and the grain coarsening degree of HAz increases slightly under highheat input.When the groove clearance is 1 mm,unfused defects appear in the lower half of the weld,which will seriously affect themechanical properties of the welded joint,leading to cracking and even belt breaking accidents when crossing the line.Key words:ferritic stainless steel;thick plate;welding度,%。将以上技术参数分别代入公式（4)（5)（6),得出冲洗覆盖率为2 15%，能有效清洗阳极管，并考虑湿电除尘器穴余配置。3结语随着全球环保排放要求越来越严格，脱硫湿电除尘一体化装置不仅能够满足国家新环保政策超净排放的要求，且具有超净排放、占地面积小、运行成本低等优点，值得在工业中推广应用。经对脱硫湿电除尘一体化装置的性能进行深入分析和研究,并将其应用于生产实践,取得了很好的除尘效果,同时,所得研究成果对环保同行也有一定的借鉴意义。(5)1】彭华宁一体式湿式电除尘器流场的数值模拟与优化设计J.电(6)力科技与环保，2 0 16，3 2（1）：3 0-3 2.2孙真真，陈招妹，尹得仕，等.立式金属极板湿式电除尘器性能的实验研究C中国环境保护产业协会电除尘委员会.第16 届中国电除尘学术会议论文集，2 0 15：16 9-17 2.3刘丽娜，丁志江，肖立春,湿式电除尘器伏安特性的实验研究J环境工程,2 0 12,3 0(s2)：18 7-18 9.(编辑：武倩倩）DeviceJiang HuanhuanZou Qinghua参考文献