CN113084309A - 一种用于高温液态钠介质下的铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法 - Google Patents

一种用于高温液态钠介质下的铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高温液态钠介质下的铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，包括以下步骤：对待焊接的铬钼钢和耐热不锈钢的母材机加形成坡口；采用铬镍焊材在铬钼钢坡口堆焊第一隔离层后进行后热；采用ER316H焊材在第一隔离层焊接面堆焊第二隔离层；第二隔离层堆焊完成后依次进行热处理、机加去除表面余量；在第二隔离层与耐热不锈钢之间对接填充材料；机加去除根部垫板。隔离层材料选用铬镍焊材和ER316H焊材，可以过渡焊接接头两侧的母材化学成分，提高了焊缝的强度、塑性和韧性，热处理工艺可以实现焊缝金属及两侧母材热影响区的残余应力消除及组织转变，使的综合性能满足高温液态钠长期使用情况。

Description

一种用于高温液态钠介质下的铬钼钢与耐热不锈钢的焊接 方法
技术领域
本发明属于核电设备焊接领域，具体涉及一种用于高温液态钠介质下的铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法。
背景技术
目前，国内外民用核电设备和常规容器压力边界上，异种钢安全端对接焊缝的运行工况主要为高温蒸汽、轻质油、临氢及硫化氢等，焊接结构通常设计为：采用镍基材料作为低合金钢侧母材的隔离层，再与不锈钢母材进行对接。由于本项目主材为F22铬钼钢和316H耐热不锈钢，设备运行时工作介质为高温液态钠，在该工作介质下，镍基材料会发生原子迁移，致使焊接接头性能下降，无法满足设备运行要求，因此原有焊接技术无法在本项目上这种特殊工作介质中进行应用。
因此，需要一种新的技术以解决现有技术中高温液态钠介质下铬钼钢和耐热不锈钢的焊接接头性能下降的问题。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其具有提升焊接接头在室温及高温性能效果。
本发明采用了以下技术方案：
一种用于高温液态钠介质下的铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.对待焊接的铬钼钢和耐热不锈钢的母材进行机加工形成坡口；
S2.在铬钼钢坡口处采用铬镍焊材堆焊第一隔离层，第一隔离层堆焊完成后进行后热；
S3.在第一隔离层焊接面处堆焊第二隔离层，所述第二隔离层材料采用ER316H焊材；
S4.铬钼钢上堆焊第一隔离层和第二隔离层后进行热处理；
S5.热处理后机加焊层表面去除余量；
S6.在第二隔离层与耐热不锈钢之间对接填充材料；
S7.机加去除根部垫板。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S2中，后热温度为250-400℃，后热时间为2h。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S2中，所述第一隔离层堆焊厚度为3±1mm。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述第一隔离层与所述第二隔离层的总堆焊层厚度≥5mm。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S2中，所述第一隔离层焊接层数≤2层。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述第一隔离层首层堆焊前预热，预热温度≥150℃，所述第一隔离层的堆焊方式采用的是氩弧焊。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S3中，堆焊所述第二隔离层前预热，预热温度≥150℃，所述第二隔离层的堆焊方式采用的是氩弧焊。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S6中，所述填充材料采用ER316H焊材，所述填充材料的堆焊方式采用的是氩弧焊。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S7中，机加处理完成后进行无损探伤检测。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述第一隔离层的焊材型号为CHG-1625HRK。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
隔离层材料选用铬镍焊材和ER316H焊材，可以过渡两侧铬钼钢和耐热不锈钢的母材化学成分，提高了焊接接头处的强度、塑性和韧性，热处理工艺可以实现焊缝金属及两侧母材热影响区的残余应力消除及组织转变，使得焊接接头处的综合性能满足高温液态钠长期使用情况。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：
图1是本发明的整体结构示意图。
附图标记：
1-铬钼钢；
2-耐热不锈钢；
3-第一隔离层；31-第一隔离层堆焊厚度；
4-第二隔离层；
5-填充材料；
6-根部垫板。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
参照图1，一种高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，包括以下步骤：
S1.对待焊接的铬钼钢1和耐热不锈钢2的母材进行机加工形成坡口，本方案所采用的铬钼钢1、耐热不锈钢2的母材型号分别为F22、316H。
S2.在铬钼钢1坡口处采用铬镍焊材堆焊第一隔离层3，所述第一隔离层3的堆焊方式采用的是氩弧焊，所述第一隔离层3的焊材型号为CHG-1625HRK，CHG-1625HRK焊材是一种新研发焊材，Cr和Ni的成分比约为16:25，其中C含量约为0.08-0.11％，C含量控制在该范围内可以提高焊接接头的强度、塑性和韧性，Cr含量约为16.00-17.00，可以提高焊接接头的耐腐蚀性及强度，Ni含量25.0-27.0，Ni含量控制在该范围能增加焊接接头的塑性，N含量0.10-0.15，N含量控制在该范围可提高焊接接头的高温强度。CHG-1625HRK焊材作为F22母材的隔离层，能将C含量为0.11-0.15的母材通过C含量0.08-0.11的隔离层稀释过渡之后与C含量0.040-0.055的材料熔合，采用这种铬镍焊材可以过渡两侧铬钼钢1的母材化学成分，提高了焊接接头处的强度、塑性和韧性。所述第一隔离层3焊接层数≤2层，所述第一隔离层3首层堆焊前预热，预热温度≥150℃，选用φ2.0mm的氩弧焊3丝，焊接电流120-220A，电压10-18V，焊接速度≥11.7cm/min.，保护气体为≥99.995％Ar。所述第一隔离层3的堆焊厚度约为3±1mm。第一隔离层3堆焊完成后进行后热，焊接完成后为防止急冷需进行后热以消除焊接产生的热应力，后热温度约为250-400℃，后热时间为2h。
S3.在第一隔离层3焊接面处堆焊第二隔离层4，所述第二隔离层4材料采用ER316H焊材，所述第二隔离层4的堆焊方式采用的是氩弧焊，堆焊所述第二隔离层4前预热，预热温度≥150℃，选用φ1.6mm的氩弧焊丝，焊接电流80-180A，电压10-18V，焊接速度≥11.1cm/min.，保护气体为≥99.995％Ar。所述第一隔离层3与所述第二隔离层4的总堆焊层厚度≥5mm，当堆焊完成后可选择进行后热，后热温度为250-400℃，后热时间2h。
S4.铬钼钢1上堆焊第一隔离层3和第二隔离层4后进行热处理，在690±15℃保温温度下保温30～60min，可以消除焊接过程产生的热应力、产生特殊微晶组织以及增加焊接接头的塑性和韧性。
S5.热处理后机加焊层表面去除余量，机加处理完成后进行无损探伤检测。
S6.探伤合格后与耐热不锈钢2母材对接，在第二隔离层4与耐热不锈钢2之间对接填充材料5，所述填充材料5采用ER316H焊材，ER316H焊材与耐热不锈钢2母材成分相同，不需要堆焊过渡层，所述填充材料5的堆焊方式采用的是氩弧焊，填充材料5的对接可在室温下进行。
S7.机加去除根部垫板6，机加处理完成后对第一隔离层3、第二隔离层4和填充材料5焊缝进行无损探伤检测，探伤合格后即完成用于高温液态钠介质下的铬钼钢1与耐热不锈钢2的焊接过程。
本发明所述的一种高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于高温液态钠介质下的铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.对待焊接的铬钼钢和耐热不锈钢的母材进行机加工形成坡口；
S2.在铬钼钢坡口处采用铬镍焊材堆焊第一隔离层，第一隔离层堆焊完成后进行后热；
S3.在第一隔离层焊接面处堆焊第二隔离层，所述第二隔离层材料采用ER316H焊材；
S4.铬钼钢上堆焊第一隔离层和第二隔离层后进行热处理；
S5.热处理后机加焊层表面去除余量；
S6.在第二隔离层与耐热不锈钢之间对接填充材料；
S7.机加去除根部垫板。
2.根据权利要求1所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：步骤S2中，后热温度为250-400℃，后热时间为2h。
3.根据权利要求1所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：步骤S2中，所述第一隔离层堆焊厚度为3±1mm。
4.根据权利要求1所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：步骤S3中，所述第一隔离层与所述第二隔离层的总堆焊层厚度≥5mm。
5.根据权利要求1所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：步骤S2中，所述第一隔离层焊接层数≤2层。
6.根据权利要求5所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：所述第一隔离层首层堆焊前预热，预热温度≥150℃，所述第一隔离层的堆焊方式采用的是氩弧焊。
7.根据权利要求1所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：步骤S3中，堆焊所述第二隔离层前预热，预热温度≥150℃，所述第二隔离层的堆焊方式采用的是氩弧焊。
8.根据权利要求1所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：步骤S6中，所述填充材料采用ER316H焊材，所述填充材料的堆焊方式采用的是氩弧焊。
9.根据权利要求1所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：步骤S7中，机加处理完成后进行无损探伤检测。
10.根据权利要求1所述的高温液态钠介质下铬钼钢与耐热不锈钢的焊接方法，其特征在于：所述第一隔离层的焊材型号为CHG-1625HRK。
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