奥氏体耐热不锈钢管310S焊接工艺研究

310S不锈钢管是奥氏体耐热不锈钢，具有优良的高温抗氧化性、高温强度和高温腐蚀性能。化学成分和结构分析表明，焊接性能良好，热裂敏感性不大。焊接工艺试验选用国产CHS102SiN焊条，所得接头力学性能满足技术要求，证明该焊接工艺可行。

310S是符合美国ASTM和ASME标准的钢种，以21Cr-11Ni不锈钢为基础，含有0.140.20%的稀土元素铈（Ce）和氮（N）。奥氏体耐热不锈钢的研制。该钢种由瑞典的Avesta Sheffield AB 和Sandvik 开发生产，根据ASME 规定命名为253MA 钢，编号为310S。 310S具有良好的高温抗氧化性、高温强度和耐高温腐蚀性能，因此广泛应用于烧结设备、铸造设备、锅炉和压力容器。

310S奥氏体耐热不锈钢在一些工程项目的锅炉结构中大量使用，这种材料的焊接工艺资料很少，只使用了AvestaAC/DC、Sandvik22等进口焊接材料。 12HT 等报道用于焊接这种钢[2-3]。本文采用国产焊材焊接310S奥氏体耐热不锈钢，对焊接工艺进行研究，为实际焊接生产提供理论指导。

1、310S不锈钢管焊接性分析

310S不锈钢管的化学成分和室温力学性能见表1。该钢虽然仅含21%的Cr和11%的Ni，但由于添加了强奥氏体化元素N，具有全奥氏体组织，组织稳定。通过添加稀土元素Ce并保持低锰（Mn）含量，310S不锈钢管具有优异的抗氧化性和高温蠕变强度。 310S不锈钢管的组织虽然是纯奥氏体，但由于钢的S、P成分低，不易发生焊接热裂纹。根据相关资料，310S具有良好的可焊性，可采用TIG、MIG、SMAW、SAW等焊接方法进行焊接。

2 焊接工艺评定试验

根据NB/T47014-2011叶片压力设备焊接工艺评定标准，焊接工艺评定试验采用12mm500mm600mm的310S钢板。

2.1 焊接材料的选择

有相当于310S不锈钢管焊接的进口焊材，但考虑到生产成本，决定采用大西洋焊材有限公司生产的手工电弧焊（SMAW）和CHS102SiN焊条作为焊接工艺评定。考虑到12mm 板的厚度，调整焊接热输入后的电极直径为3.2mm。表2 显示了沉积在电极上的金属的化学成分和机械性能。

2.2 坡口准备

测试槽形为V形，槽角为60，槽尺寸列于如图1，加工槽。

2.3 焊接工艺参数

所采用的焊接工艺参数见表3。由于310S不锈钢管是奥氏体钢管，热膨胀系数高，导热系数低，焊接时熔融金属容易过热。

2.4 焊接工作要点

(1)用电动铣刀或不锈钢丝刷清除槽面及两侧20mm处的油渍、氧化物等有害杂质，用丙酮或甲醇清洗刷过的区域。 (2) 试验用焊条在250~280下焙烧60分钟后，放入保温罐内，用后立即取用。 (3)焊接时，进行短弧焊，防止焊条摇晃，防止合金元素燃烧。 (4) 310S不锈钢管焊接性好，焊后试板厚度不大，不需要焊前预热和焊后后加热。

3 焊后检查及结果分析

3.1 无损检测

NB/T47013.2-2015 叶压设备无损检测第2部分根据医院放射科检测，设备型号为XXQ2505，管电压150kV，管电流5mA，曝光时间3分钟，图像质量如下。指数为12，两个负数表示焊缝质量达到I级标准。

3.2 机械性能检验

按照NB/T47014-2011叶片承压设备焊接工艺评定标准要求，对焊接接头进行拉伸试验、弯曲试验和冲击试验，拉伸试验取两个试样，弯曲试验取冲击试验，分别取焊缝金属和热影响区三个试样，试样尺寸为10mm10mm55mm，试验结果见表4。拉伸试验结果表明，焊缝抗拉强度满足母材标准（600 MPa），断裂部位在母材内。检验焊缝金属是否具有足够的塑性冲击试验结果表明，焊缝的冲击韧性能满足母材的性能要求（31J）。

综上所述，用CHS102SiN焊接310S不锈钢管获得的焊缝性能可以满足不低于母材的焊接工艺评定要求。

4。结论

(1)310S奥氏体耐热不锈钢焊接性好，一般焊前不需要预热，可以获得高质量的焊缝。 (2)获得良好焊接质量的关键是制定合理的焊接工艺，采用准3.2mm CHS102SiN焊条，焊接电流80~110A，焊接电压16~19V，焊接速度5~9cm . /min等参数焊接310S不锈钢管的焊接接头性能不低于母材，可以焊接。