Kann ich ASTM A387 Gr22 und 304 Stahlblech zusammenschweißen?

Das Schweißen von ungleichem Stahl hat eine breite Anwendung in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, der petrochemischen Industrie und der Maschinenindustrie. Der ungleiche Stahl ist wirklich anders in der chemischen Zusammensetzung, metallurgische Kompatibilität und physikalischen Eigenschaften und etc., die von Legierungselement Migration, ungleiche chemische Zusammensetzung und metallographische Organisationen in den Schweißprozess erscheinen wird, kann auch thermische Belastung und Schweißen Verformung oder Risse zu produzieren, wird dies die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindungen zu reduzieren. In dieser Arbeit wurde die Schweißbarkeit von Schweißverbindungen aus ungleichem Stahl (ASTM A387 GR22 Chromoly Stahlblech und S30408 Edelstahlblech) analysiert und die geeigneten Schweißverfahren, Schweißmaterialien und Schweißprozessparameter sowie die Wärmebehandlung nach dem Schweißen ausgewählt.

Klassen	C	Si	Mn	Cr	Mo	Cu	Ni	N	P	S
A387 GR22	0.11	0.35	0.46	2.21	1.06	0.12	0.22	/	0.01	0.006
304	0.05	0.62	1.83	19.16	/	/	8.97	0.06	0.027	0.015

S30408 ist ein häufig verwendeter austenitischer rostfreier Stahl, ASTM A387 GR22 ist ein niedrig legierter hitzebeständiger Stahl mit guter Hochtemperatur- und Wasserstoffbeständigkeit, der hauptsächlich in Hydrieranlagen, Reaktoren, Wärmetauschern und anderen Ausrüstungen verwendet wird. Chrom und Molybdän können die Härtbarkeit des Stahls erheblich verbessern, und das Schweißgut und die Wärmeeinflusszone können bei einer bestimmten Abkühlungsrate ein für Kaltrisse empfindliches Gefüge bilden. Progressive Versprödung tritt auf, wenn der Gesamtgehalt an gefährlichen Restmetallen den zulässigen Grenzwert von 350-550℃ über einen längeren Zeitraum überschreitet. Die Hauptschwierigkeiten, denen wir uns stellen müssen, sind:

• Verdünnung der Schweißnaht

Das Schweißgut wird während des Schweißvorgangs durch das aufgetragene Metall verdünnt. Im Schweißgut bildet sich in der Nähe der Schmelzzone auf einer Seite des Stahlblechs ASTM A387 GR22 eine Übergangsschicht. Die Zusammensetzung der Übergangsschicht unterscheidet sich von der des Schweißguts. Je höher der Gehalt an Grundmetalllegierung ist, desto höher ist das Schmelzverhältnis und desto höher ist die Verdünnungsrate. Die Übergangsschicht auf der ASTM A387 GR22-Seite kann aufgrund der Verdünnung eine spröde Martensitstruktur aufweisen.

• Kohlenstoffmigration

Chrom-und Kohlenstoff-Atome unter hoher Temperatur ist leicht zu Verbindungen von Chromkarbid, ASTM A387 Gr22 Stahlplatte Seite bildet Kohlenstoffatome aus Entkohlung Bereich aufgrund der schlechten Chrom in den Prozess der Schweißung, die wiederum Erweichung, grobe Körner, erhöhen Sprödigkeit, Korrosionsbeständigkeit und S30408 Seite für die Anreicherung von Chrom-und Kohlenstoff-Atome, um die Aufkohlung Schicht Migration, und Härten, Korngröße und Leistung besser.

• Spannung beim Schweißen

Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit und des linearen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Werkstoffe entstehen während des Schweißprozesses thermische Spannungen in der Hochtemperaturzone, die nicht beseitigt werden können, was zu zusätzlichen Spannungen in der Nähe der Schweißnaht und der Schmelzzone führt, sowie zu Schweißeigenspannungen, die beim Abkühlungsprozess aufgrund von ungleichmäßiger Schrumpfung entstehen, was zu Rissen auf der Seite der ASTM A387GR22 Stahlplatte führt.

Nachdem die möglichen Probleme bekannt waren, wurden für dieses Experiment ASTM A387GR22 und S30408 Edelstahlbleche mit den Maßen 400mm×150mm×10mm verwendet. Die chemische Zusammensetzung der beiden Materialien ist in der Tabelle angegeben:

• Verfahren zum Schweißen

Um die Ausdünnung der Schweißnähte zu verringern und Kalt- und Wiedererwärmungsrisse zu vermeiden, wird das Schweißmaterial aus einer Nickelbasislegierung beim Schweißen zunächst auf der Seite der ASTM A387GR22 aufgetragen. Es werden Schweißverfahren mit kleinem Schmelzverhältnis und geringer Aufmischung gewählt, wie das Argon-Wolfram-Lichtbogenschweißen und das Elektroden-Lichtbogenschweißen. In diesem Versuch wird das Argon-Lichtbogenschweißen als Unterlage und die Schweißmethode des Lichtbogenschweißens als Abdeckung verwendet.

• Materialien zum Schweißen

Elektroden auf Nickelbasis und Drähte ERNiCr-3/ENiCr-3 werden verwendet, um die Karbidbildung durch die Graphitierung von Nickel zu blockieren, die Übergangsschicht zu reduzieren und die Bildung einer spröden Martensitstruktur zu verhindern sowie die Kohlenstoffmigration in ASTM A387GR22-Stahlblechen weiter zu hemmen.

• Schweissnaht

Die Art der Schweißnaht sollte die Anzahl der Schweißlagen, die Menge des Füllmetalls und das Schmelzverhältnis sowie die Schweißeigenspannung berücksichtigen. Die Art und Größe der entworfenen Rille sind unten dargestellt:

• Vorwärmung und Zwischenlagentemperaturregelung

Das Mikrogefüge von ASTM A387 GR22 ist angelassener Bainit und das von S30408 ist Austenit. Ersterer ist härtbar, neigt zu Wiedererwärmungsrissen und ist spröde beim Anlassen, während letzterer eine gute Schweißbarkeit aufweist. Entsprechend der chemischen Zusammensetzung, der Verbindungsform, dem Schweißverfahren und dem Schweißmaterial der Werkstoffe wurde eine Vorwärmtemperatur von etwa 200℃ und eine Temperatur zwischen den Schweißdurchgängen von etwa 100℃ festgelegt. Nach dem Schweißen wurde die Wärmebehandlung bei 350℃×2h sofort durchgeführt.

• Parameter des Schweißprozesses

Schweißerschicht	Schweissverfahren	Drähte zum Schweißen	Schweißelektrode	Schweißstrom I/A	Schweissdruck U/V	Schweissgeschwindigkeit v/cm
Oberflächengestaltung	SMAW	ERNiCr-34,0 mm	DCEP	140-160	23-26	16-20
Punktschweißen/1	GTAW	ERNiCr-3, 2,4 mm	DCSP	120-150	13-15	8-10
2-Ende	SMAW	ERNiCr-3, 4,0 mm	DCEP	140-160	23-26	16-20

Vor dem Schweißen sind Oxidschicht, Öl, Feuchtigkeit, Rost usw. im Umkreis von 200 mm um die Nut und auf beiden Seiten der Stahlplatte zu entfernen. Die spezifischen Schweißprozessparameter sind in der Tabelle aufgeführt.

• Wärmebehandlung zum Spannungsabbau nach dem Schweißen

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen zum Spannungsabbau ist ein wichtiges Verfahren zur Vermeidung von Schweißrissen. Große Schweißeigenspannung wird während des Schweißens erzeugt, so 690±10℃×2h Wärmebehandlung ist nach dem Schweißen erforderlich, um die Schweißeigenspannung zu beseitigen und die Erzeugung von Rissen zu vermeiden.

• Ergebnisse und Analyse

Wir haben das Aussehen des Stahlblechs gemäß der Schweißbewertungsnorm für drucktragende Geräte geprüft und festgestellt, dass es keine Mängel wie Poren, Schlackeneinschlüsse und Risse auf der Oberfläche aufweist. Anschließend führten wir eine 100%-Röntgenprüfung und Prüfungen der mechanischen Eigenschaften wie Zug-, Biege- und Schlagprüfung durch. Die Testergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt.

Artikel	Breite/mm	Dicke/mm	CSA/mm²	Maximale Belastung	Zugfestigkeit
I1	20.30	39.72	806.3	507.12	625 Mpa
I2	20.28	39.78	806.7	482.83	600 Mpa

Muster Nr.	Typ biegen	Dicke/mm	Durchmesser der Biegung	Biegewinkel	Ergebnisse
C1	Seitliches Biegen	10	D=40 mm	180°	Qualifiziert
C2	Seitliches Biegen	10	D=40 mm	180°	Qualifiziert
C3	Seitliches Biegen	10	D=40 mm	180°	Qualifiziert

Muster Nr.	Probengröße mm	Position der Lücke	Prüftemperatur	Aufprall absorbierende Energie/Akv
R1	10*10*55	A387 GR22 Seite	0℃	152
R2	10*10*55	A387 GR22 Seite	0℃	176
R3	10*10*55	A387 GR22 Seite	0℃	122

Aus den obigen Daten ist ersichtlich, dass die Zug-, Biege- und Kerbschlagversuche alle qualifiziert sind, was darauf hindeutet, dass unser Schweißprozessplan qualifiziert ist und dass das Schweißen von Stahlplatten aus unterschiedlichen Materialien zwischen ASTM A387 Grade 22 und 304 vollkommen machbar ist.