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双相不锈钢薄壁管的现场焊接

信息来源:求和不锈钢 时间:2019-02-27 10:26:46 浏览次数:-

近几年,在石油化工装置中一种新型钢材-双相不锈钢的应用越来越多。因为双相不锈钢的屈服强度是普通不锈钢的2倍,抗腐蚀性能(特别是在腐蚀性介质中)明显优于普通不锈钢,在石油化工装置施工中多用在很重要的位置。因此,一般双相不锈钢的焊缝要求100%RT检验,对其焊接接头的综合性能的要求也高于一般奥氏体不锈钢。所以,必须选派焊接经验丰富的奥氏体不锈钢焊工,经培训和考试合格后,才能持证上岗进行焊接作业。
1    焊接性分析
1.1    化学成分(见表1)
1.2    焊接时易出现的问题
双相不锈钢焊接时,焊接热影响区(HAZ) 存在高温区和低温区,低温区基本处于δ+γ(铁素体+奥氏体)平衡组织,而高温区几乎为单相δ组织,因为焊缝根部和表面N的扩散,导致靠近焊缝表面的部位,由于N的损失,铁素体增加,从而促进氮化物的产生,使焊接接头性能恶化,焊接采用高线能量时,可以得到较多的γ相,铁素体含量低会促进δ相产生,所以容易产生δ相和粗晶组织;线能量较低时,得不到足够的γ相。如果焊接金属中δ相过多,N很容易与cγ形成化合物,而且析出二次γ变为针状和羽毛状,具有魏氏体组织特性,导致焊接接头力学性能和耐腐蚀性下降。双相钢一般不会产生δ相,但如果焊接线能量较高,导致使焊接头塑性大幅度下降。
2    焊接工艺
2.1    工艺参数及电特性(见表2)
2.2    焊接方法
双相不锈钢薄壁管全部采用GTAW焊接,直流正极性。
2.3    焊接设备
焊机采用高频引弧焊机,直流正极性,钨极直径Φ2.5mm,钨极端头用磨光机磨出锥形,采用大喷嘴。
2.4    气体保护
焊接保护气体采用混合气体Ar97.5%+N2.5% 进行保护,保护气采用成品混合气,要求生产的成品混合比为Ar97.5%+N2.5%,由于混合气体中Ar比N多,放置一段时间后将会产生分层,影响气体保护效果,现场所采用摇勺或加气体分配器进行配比,确保气体保护质量。
2.5    环境要求
双相不锈钢焊接要求环境清洁。无铁离子污染,预置工作将在室内进行,地面采用胶皮隔离、安装必须做好环境保护。采用防风防尘设施,环境温度70℃,相对温度≤90%,所有与双相钢焊接坡口相接触的,如:焊材、工具、手套等,都必须无铁锈污染。坡口均采用坡口机加工,坡口角度为单边30°±2.5°,钝边0~ 0.5mm,单面坡口(见附图),加工坡口不允许母材产生过烧变色;其两侧各50mm以内的内外表面要进行严格清理,清理程序是磨光机打磨、丙酮(或无水乙醇)清洗,清洗后不能直接进行焊接作业,待坡口端面晾干后方可焊接作业;焊丝也用沾丙酮(或无水乙醇)的海绵擦拭干净。对铁离子、水锈、油、灰尘、油漆、记号笔印都必须清理干净,防止其影响化学成份和机械性能。另外,还要注意坡口形状必须无凹凸和划痕,这样焊接时电弧在焊道的每一点上都能保证停留相同的时间,焊接线能量才能确保一致。
2.6    焊接措施
尽量采用多层焊,因为后续焊道对前层焊道有热处理作用,焊缝中的δ相进一步转化为γ相,使焊接接头的组织和性能显著改善,而最后一道焊缝处于非工作介质面,因为对焊接接头影响不大,保护气采用Ar97.5%+N2.5%。因为焊接根部保护气体中加氮气增加焊缝金属氮量,由于采用多层焊工艺,焊接材料中含N量与母材相当,而最后一道焊缝处于非工作介质面,因为对焊接接头影响不大,采用合适的线能量焊接,使焊接接头得到足够的γ相,使Cγ、N1 和M有足够的时间扩散。
2.7    坡口的组对及点焊
坡口组对前应仔细检查坡口管径是否相同,错边应控制在0.5~1mm之间,并用磨光机打磨清理坡口及坡口正反面两侧50mm以内的表面,并用丙酮擦试干净,坡口打磨时不允许使母材产生过热变色。点焊时,应采用与正式的焊接工艺相同的参数,点焊长度为7~8mm,高度为2~ 3mm,点焊点应为过桥型式,不应焊透,以防内部氧化,点焊电流不宜过大,点焊点位置应在组对管子的上部及两侧,点固三点,从第四点起焊,当焊到点焊时,将点固点打磨清理干净,焊缝组对间隙应控制在2~2.5mm,间隙不应过大,并留有0~0.5mm的钝边。
2.8    双相不锈钢的焊接操作
双相不锈钢焊接时,应采用正反面气体保护焊,正面背面都应采用混合气体Ar97.5%+N2.5% 进行保护,焊接前不得在焊件表面引弧和试验电流,焊接时应按指定的焊接作业指导书进行施焊。在焊接前,管子两端用布或胶皮封好,并留有进气孔和排气孔,焊缝间隙用胶布贴好,并留有20~30mm的长度,使管子内部的空气能够排出,确保焊缝内部的气体保护效果。焊接时,焊枪不宜摆动,手法要稳,严格控制线能量,尽量采用小焊丝,严格控制电流,弧长尽量压低控制电压,尽量用大喷嘴,提高气体保护效果,降底O、H污染;引、收弧避开点焊点,防止产生二次γ和δ相,引弧点必须在焊道内进行,不能在母材表面引弧,防止F量超标;点焊点打磨后,封底焊焊接过程中通过观察焊道颜色来确定焊接气体保护效果,采用混合气体施焊时焊道最好为金黄色,稍差一些为黄铜色,尽量减少焊缝发蓝,杜绝焊道发灰和发黑,并严格控制层间温度,控制熔池在红热状态下停留时间。一般来讲,只要保证在5~15s时间内熔池由红转至常规颜色,就能达到要求。打底焊的层间温度≤100℃,可用远红外激光测温仪测量。当层间温度<100℃时,才能进行下一层焊接,焊接电流不能超过打底焊的电流,焊第二层必须认真清理前一层焊道,除消除杂质外,连氧化色也需磨去,焊缝内部余高应控制在0.5 ~1mm;焊缝收弧时应将弧坑填满,多层焊的层间接头应相互错开,如果焊接作业时不慎出现夹钨时,应停止焊接作业,用磨光机消除钨点,钨极端部重新磨尖,达到要求后方可重新进行焊接作业,要求与开始焊接作业相同。
2.9    焊后清理和焊接检验
双相不锈钢的焊后清理也很重要,氧化色必须清除,因为氧化色下面就是贫铬层,若不去除将会导致耐蚀性能下降,去除氧化色可用专用不锈钢丝刷趁热擦刷;也可用酸或酸洗膏清洗。去除焊接飞溅,打磨收起弧点,去除咬边和粗毛刺。可用较细的砂轮片或抛光砂轮片研磨,杜绝粗糙打磨痕迹,否则易造成缝隙腐蚀;油污、着色剂、色笔印、灰尘均有可能成为孔腐蚀和缝隙腐蚀的起始点,可用硝酸+氢氟酸清洗,然后清水冲洗干净;焊工应对焊道表面进行清理,要求外观良好,宽度以每边盖过坡口边缘2mm为宜,角焊缝的焊脚高度符合设计规定外形平稳过渡,焊缝不允许咬边、裂纹、未焊透、气孔、夹杂存在。射线探伤方法按《压力容器无损检测》JB4730-g4执行,所有焊道必须进行硬度测定,测定母材-HAZ-焊道-HAZ-母材。
3    结束语
采用上述焊接工艺和焊接操作要领,在仪征化纤45万吨/年PTA装置施工过程中进行双相不锈钢薄壁管现场施焊,取得了焊缝连续5个月RT100%合格,年度双相不锈钢焊接接头综合合格率达到99%以上的施焊业绩。
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