20/0Cr18Ni9复合管瞬时液相扩散焊接的组织与性能研究

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在石油化工、电力冶金等工业领域,管道的运输所占行业运输的比重很大,其中管道耐腐蚀性能、焊接质量的好坏直接影响油田、电厂等损失比重。本文针对冶金式内衬不锈钢复合管焊接综述了瞬时液相扩散焊接的应用背景和研究进展等,开发了瞬时液相扩散焊接工艺。  本研究选用外层基体20碳钢和内衬304不锈钢复合管,采用铁镍合金和镍基BNi2作为连接中间层,保护气体为氩气。使用瞬时液相扩散焊机在开放环境下对复合管进行焊接,主要研究了20/0Cr18Ni9复合管的焊接工艺,并对焊接温度场和应力应变进行了有限元仿真模拟,分析了焊接工艺参数中焊接温度、保温时间和焊接压力等对焊接接头组织扩散和力学性能的影响,并对焊接接头进行工艺评定实验,包括宏观分析、显微组织观察、拉伸破坏和弯曲破坏等分析。对复合管瞬时液相扩散焊接的有限元仿真分析,表明在保温过程中焊缝和热影响区处管道温度起初下降较为明显,会造成局部残余应力集中而导致力学性能不足,初始温度不高于母材,介于中间层和母材熔点之间时焊缝宏观变形较小,在初始温度设定于母材熔点之上时会造成焊缝变形较大,并随之增大;应力场分析结果表明在靠近中间层焊缝的母材应力较大,中间层区域相对较小。所以合理选用焊接工艺参数和调节中间层材料元素含量有利于减少接头和接头两侧残余应力的形成,增加焊接接头的力学性能。焊接接头工艺评定对于复合管焊接接头宏观观察无缺陷,焊缝两侧显微组织扩散均匀;焊缝区硬度较高且不超过管线钢硬度极限;在保温时间180s,连接温度范围1180~1220℃,焊接压力为4~5MPa时,拉伸强度超过母材,弯曲180°无裂纹。焊接参数中保温时间对扩散效果和焊接接头力学性能影响最为主要,在保温时间持续增长时,元素线扫描分析表明,Ni元素是较难扩散的一种稳定元素,当用铁镍合金中间层连接时,焊缝区是镍固溶体,并随着保温时间的增大Ni元素的扩散并不明显;降熔元素Si和B的扩散达到了比较理想的效果,如果保温时间的继续增加,虽然会使组织扩散更为均匀,但是拉伸强度和弯曲强度达不到母材标准。
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