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雙相不銹鋼薄壁管的現場焊接

信息來源:求和不銹鋼 時間:2019-02-27 10:26:46 瀏覽次數:-

近幾年,在石油化工裝置中一種新型鋼材-雙相不銹鋼的應用越來越多。因為雙相不銹鋼的屈服強度是普通不銹鋼的2倍,抗腐蝕性能(特別是在腐蝕性介質中)明顯優(yōu)于普通不銹鋼,在石油化工裝置施工中多用在很重要的位置。因此,一般雙相不銹鋼的焊縫要求100%RT檢驗,對其焊接接頭的綜合性能的要求也高于一般奧氏體不銹鋼。所以,必須選派焊接經驗豐富的奧氏體不銹鋼焊工,經培訓和考試合格后,才能持證上崗進行焊接作業(yè)。
1    焊接性分析
1.1    化學成分(見表1)
1.2    焊接時易出現的問題
雙相不銹鋼焊接時,焊接熱影響區(qū)(HAZ) 存在高溫區(qū)和低溫區(qū),低溫區(qū)基本處于δ+γ(鐵素體+奧氏體)平衡組織,而高溫區(qū)幾乎為單相δ組織,因為焊縫根部和表面N的擴散,導致靠近焊縫表面的部位,由于N的損失,鐵素體增加,從而促進氮化物的產生,使焊接接頭性能惡化,焊接采用高線能量時,可以得到較多的γ相,鐵素體含量低會促進δ相產生,所以容易產生δ相和粗晶組織;線能量較低時,得不到足夠的γ相。如果焊接金屬中δ相過多,N很容易與cγ形成化合物,而且析出二次γ變?yōu)獒槧詈陀鹈珷?,具有魏氏體組織特性,導致焊接接頭力學性能和耐腐蝕性下降。雙相鋼一般不會產生δ相,但如果焊接線能量較高,導致使焊接頭塑性大幅度下降。
2    焊接工藝
2.1    工藝參數及電特性(見表2)
2.2    焊接方法
雙相不銹鋼薄壁管全部采用GTAW焊接,直流正極性。
2.3    焊接設備
焊機采用高頻引弧焊機,直流正極性,鎢極直徑Φ2.5mm,鎢極端頭用磨光機磨出錐形,采用大噴嘴。
2.4    氣體保護
焊接保護氣體采用混合氣體Ar97.5%+N2.5% 進行保護,保護氣采用成品混合氣,要求生產的成品混合比為Ar97.5%+N2.5%,由于混合氣體中Ar比N多,放置一段時間后將會產生分層,影響氣體保護效果,現場所采用搖勺或加氣體分配器進行配比,確保氣體保護質量。
2.5    環(huán)境要求
雙相不銹鋼焊接要求環(huán)境清潔。無鐵離子污染,預置工作將在室內進行,地面采用膠皮隔離、安裝必須做好環(huán)境保護。采用防風防塵設施,環(huán)境溫度70℃,相對溫度≤90%,所有與雙相鋼焊接坡口相接觸的,如:焊材、工具、手套等,都必須無鐵銹污染。坡口均采用坡口機加工,坡口角度為單邊30°±2.5°,鈍邊0~ 0.5mm,單面坡口(見附圖),加工坡口不允許母材產生過燒變色;其兩側各50mm以內的內外表面要進行嚴格清理,清理程序是磨光機打磨、丙酮(或無水乙醇)清洗,清洗后不能直接進行焊接作業(yè),待坡口端面晾干后方可焊接作業(yè);焊絲也用沾丙酮(或無水乙醇)的海綿擦拭干凈。對鐵離子、水銹、油、灰塵、油漆、記號筆印都必須清理干凈,防止其影響化學成份和機械性能。另外,還要注意坡口形狀必須無凹凸和劃痕,這樣焊接時電弧在焊道的每一點上都能保證停留相同的時間,焊接線能量才能確保一致。
2.6    焊接措施
盡量采用多層焊,因為后續(xù)焊道對前層焊道有熱處理作用,焊縫中的δ相進一步轉化為γ相,使焊接接頭的組織和性能顯著改善,而最后一道焊縫處于非工作介質面,因為對焊接接頭影響不大,保護氣采用Ar97.5%+N2.5%。因為焊接根部保護氣體中加氮氣增加焊縫金屬氮量,由于采用多層焊工藝,焊接材料中含N量與母材相當,而最后一道焊縫處于非工作介質面,因為對焊接接頭影響不大,采用合適的線能量焊接,使焊接接頭得到足夠的γ相,使Cγ、N1 和M有足夠的時間擴散。
2.7    坡口的組對及點焊
坡口組對前應仔細檢查坡口管徑是否相同,錯邊應控制在0.5~1mm之間,并用磨光機打磨清理坡口及坡口正反面兩側50mm以內的表面,并用丙酮擦試干凈,坡口打磨時不允許使母材產生過熱變色。點焊時,應采用與正式的焊接工藝相同的參數,點焊長度為7~8mm,高度為2~ 3mm,點焊點應為過橋型式,不應焊透,以防內部氧化,點焊電流不宜過大,點焊點位置應在組對管子的上部及兩側,點固三點,從第四點起焊,當焊到點焊時,將點固點打磨清理干凈,焊縫組對間隙應控制在2~2.5mm,間隙不應過大,并留有0~0.5mm的鈍邊。
2.8    雙相不銹鋼的焊接操作
雙相不銹鋼焊接時,應采用正反面氣體保護焊,正面背面都應采用混合氣體Ar97.5%+N2.5% 進行保護,焊接前不得在焊件表面引弧和試驗電流,焊接時應按指定的焊接作業(yè)指導書進行施焊。在焊接前,管子兩端用布或膠皮封好,并留有進氣孔和排氣孔,焊縫間隙用膠布貼好,并留有20~30mm的長度,使管子內部的空氣能夠排出,確保焊縫內部的氣體保護效果。焊接時,焊槍不宜擺動,手法要穩(wěn),嚴格控制線能量,盡量采用小焊絲,嚴格控制電流,弧長盡量壓低控制電壓,盡量用大噴嘴,提高氣體保護效果,降底O、H污染;引、收弧避開點焊點,防止產生二次γ和δ相,引弧點必須在焊道內進行,不能在母材表面引弧,防止F量超標;點焊點打磨后,封底焊焊接過程中通過觀察焊道顏色來確定焊接氣體保護效果,采用混合氣體施焊時焊道最好為金黃色,稍差一些為黃銅色,盡量減少焊縫發(fā)藍,杜絕焊道發(fā)灰和發(fā)黑,并嚴格控制層間溫度,控制熔池在紅熱狀態(tài)下停留時間。一般來講,只要保證在5~15s時間內熔池由紅轉至常規(guī)顏色,就能達到要求。打底焊的層間溫度≤100℃,可用遠紅外激光測溫儀測量。當層間溫度<100℃時,才能進行下一層焊接,焊接電流不能超過打底焊的電流,焊第二層必須認真清理前一層焊道,除消除雜質外,連氧化色也需磨去,焊縫內部余高應控制在0.5 ~1mm;焊縫收弧時應將弧坑填滿,多層焊的層間接頭應相互錯開,如果焊接作業(yè)時不慎出現夾鎢時,應停止焊接作業(yè),用磨光機消除鎢點,鎢極端部重新磨尖,達到要求后方可重新進行焊接作業(yè),要求與開始焊接作業(yè)相同。
2.9    焊后清理和焊接檢驗
雙相不銹鋼的焊后清理也很重要,氧化色必須清除,因為氧化色下面就是貧鉻層,若不去除將會導致耐蝕性能下降,去除氧化色可用專用不銹鋼絲刷趁熱擦刷;也可用酸或酸洗膏清洗。去除焊接飛濺,打磨收起弧點,去除咬邊和粗毛刺??捎幂^細的砂輪片或拋光砂輪片研磨,杜絕粗糙打磨痕跡,否則易造成縫隙腐蝕;油污、著色劑、色筆印、灰塵均有可能成為孔腐蝕和縫隙腐蝕的起始點,可用硝酸+氫氟酸清洗,然后清水沖洗干凈;焊工應對焊道表面進行清理,要求外觀良好,寬度以每邊蓋過坡口邊緣2mm為宜,角焊縫的焊腳高度符合設計規(guī)定外形平穩(wěn)過渡,焊縫不允許咬邊、裂紋、未焊透、氣孔、夾雜存在。射線探傷方法按《壓力容器無損檢測》JB4730-g4執(zhí)行,所有焊道必須進行硬度測定,測定母材-HAZ-焊道-HAZ-母材。
3    結束語
采用上述焊接工藝和焊接操作要領,在儀征化纖45萬噸/年PTA裝置施工過程中進行雙相不銹鋼薄壁管現場施焊,取得了焊縫連續(xù)5個月RT100%合格,年度雙相不銹鋼焊接接頭綜合合格率達到99%以上的施焊業(yè)績。
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