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西安雙相不銹鋼管的焊接要求

日期：2024-11-23 15:52

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摘要： 西安雙相不銹鋼管的焊接要求 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。 1    焊接性分析 雙相不銹鋼焊接時，焊接熱影響區（HAZ） 存在高溫區和低溫區，低溫區基本處于δ+γ（鐵素體+奧氏體）平衡組織，而高溫區幾乎為單相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變為針狀和羽毛狀，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    環境要求 雙相不銹鋼焊接要求環境清潔。無鐵離子污染，預置工作將在室內進行，地面采用膠皮隔離、安裝必須做好環境保護。采用防風防塵設施，環境溫度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，待坡口端面晾干后方可焊接作業；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，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好為金黃色，稍差一些為黃銅色，盡量減少焊縫發藍，杜絕焊道發灰和發黑，并嚴格控制層間溫度，控制熔池在紅熱狀態下停留時間。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**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，如果焊接作業時不慎出現夾鎢時，應停止焊接作業，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，要求與開始焊接作業相同。 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**，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。可用較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定外形平穩過渡，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%以上的施焊業績。

西安雙相不銹鋼管的焊接要求

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。
1 焊接性分析
雙相不銹鋼焊接時，焊接熱影響區（HAZ）存在高溫區和低溫區，低溫區基本處于δ+γ（鐵素體+奧氏體）平衡組織，而高溫區幾乎為單相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變為針狀和羽毛狀，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 環境要求
雙相不銹鋼焊接要求環境清潔。無鐵離子污染，預置工作將在室內進行，地面采用膠皮隔離、安裝必須做好環境保護。采用防風防塵設施，環境溫度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，待坡口端面晾干后方可焊接作業；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，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好為金黃色，稍差一些為黃銅色，盡量減少焊縫發藍，杜絕焊道發灰和發黑，并嚴格控制層間溫度，控制熔池在紅熱狀態下停留時間。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**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，如果焊接作業時不慎出現夾鎢時，應停止焊接作業，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，要求與開始焊接作業相同。
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**，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。可用較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定外形平穩過渡，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%以上的施焊業績。

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