薄壁奧氏體不銹鋼壓力容器制造難點分析與控制

1、技師論文題目：薄壁奧氏體不銹鋼壓力容器制造難點分析與控制姓名：金 龍工種：鉚 工所在單位：揚州萬福壓力容器有限公司薄壁奧氏體不銹鋼壓力容器制造難點分析與控制摘要：在工程實踐和試驗的基礎(chǔ)上，對薄壁奧氏體不銹鋼壓力容器制造中存在的焊縫收縮變形、筒節(jié)環(huán)縫焊后束腰、焊縫晶間腐蝕、焊接熱裂紋等問題進(jìn)行分析，并提出控制措施。這些措施在實際應(yīng)用中均取得良好效果。關(guān)鍵詞 ： 焊接 壓力容器 奧氏體不銹鋼 壓力容器 分析 1焊縫收縮變形量的控制單個筒節(jié)的縱縫收縮量對筒節(jié)的整體尺寸影響不大，但筒節(jié)之間環(huán)縫的收縮量必須在制作時加以考慮。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定容器焊后筒體長度誤差為

2、千分之筒體總長，因此對比較長的容器在下料時應(yīng)預(yù)先留出焊縫收縮余量。影響紡變形量的因素較多，主要有接頭形式、板才厚度、夾固狀態(tài)以及熱輸人量。我們在制作徐州中能多晶硅項目設(shè)備、二氯化硅洗滌塔該塔規(guī)格為DN1000mm x10mm，材料為0Cr18Ni9，總長為19000mm，共計有12道焊口，V型坡口對接焊縫，采用手工電弧焊，根據(jù)碳鋼容器的施工經(jīng)驗，每道焊口只加了1.Smm的收縮余量，結(jié)果施焊完畢后測量筒體總長縮短了12mm，每道焊口的收縮量達(dá)到了2.Smm。原因是0Cr18Ni9鋼板的熱膨脹系數(shù)比碳鋼大(0Cr18Ni9約為16.6x 10/0C ,碳鋼約為10.6x 10/9C ，故其焊后收縮

3、量比碳鋼大。因此今后施工長筒節(jié)容器時必須通過計算和實驗的方法確定焊縫收縮量，還可留出一個筒節(jié)待最后下料，以確保容器長度尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求。2筒節(jié)環(huán)縫焊后束腰的控制施工中發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼薄板、厚板都存在焊后筒節(jié)環(huán)縫束腰的現(xiàn)象，特別是610mm左右的薄板，其束腰量達(dá)23mm，造成筒節(jié)棱角度超標(biāo)。原因是不銹鋼的傳熱系數(shù)較小，線膨脹系數(shù)大，后易產(chǎn)生較大的焊接變形。在不控制層間溫度和焊接熱輸入的情況下造成束腰。為減小或消除束腰，我們采用如下方法：（1）在保持工藝參數(shù)的同時改變焊接順序。組裝時采用內(nèi)坡口，焊接時先焊內(nèi)側(cè)焊口，焊完內(nèi)側(cè)打底焊、填充焊后再焊接外側(cè)焊口，最后進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊縫的蓋面焊（因為內(nèi)側(cè)焊縫與工作

4、介質(zhì)直接接觸，故內(nèi)側(cè)焊縫蓋面焊放到最后焊接）。（2）剛性固定法。焊接外側(cè)焊口時，在容器內(nèi)部采用內(nèi)頂絲杠加強墊板法對內(nèi)側(cè)焊縫及焊縫兩側(cè)各50范圍進(jìn)行剛性固定加強。如圖1所示。（3）嚴(yán)格控制層間溫度不高于100，為加快冷卻速度可采用焊后直接水冷的方法。通過采取以上措施，較好的控制了筒節(jié)的焊接束腰問題，焊縫棱角度完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。3焊縫晶間腐蝕的控制奧氏體不銹鋼焊接不當(dāng)時，不僅在焊縫和熱影響區(qū)易造成晶間腐蝕，而且在焊接接頭近縫區(qū)的一個狹帶上也會發(fā)生晶間腐蝕。其原因是焊接時焊縫在450850溫度范圍內(nèi)反復(fù)加熱，使溶于奧氏體的碳以較快的擴散速度析出，聚集在晶界處的碳和鉻形成碳化鉻，在晶粒邊界形成貧Cr層

5、所致。在材料一定的情況下，我們只有通過改變工藝過程來解決這一問題。根據(jù)奧氏體不銹鋼材料本身的特點結(jié)合圖紙的要求選取兩組試件：第一組，采用大的焊接線能量進(jìn)行焊接，焊后發(fā)現(xiàn)焊縫發(fā)黃，這是晶粒粗大及化學(xué)成分變化所致。第二組，采用小的焊接線能量進(jìn)行焊接，加快焊縫冷卻速度，盡量減小焊縫在危險溫度區(qū)停留時間，使其不致形成貧Cr區(qū)，焊后沒有發(fā)現(xiàn)焊縫變黃。把兩組試件放到濃的腐蝕介質(zhì)中，并施加一外力，則第一組先形成脆斷，然后把第二組安上述方法完成后進(jìn)行10501100的固溶處理，重新放到腐蝕介質(zhì)中施加同樣大小的外力，第二組沒有發(fā)生脆斷，證明碳已重新溶入并穩(wěn)定了奧氏體組織。經(jīng)過工藝評定，第二組工藝是可行的，徐州中

6、能多晶硅二期擴建工程中的不銹鋼容器的制造，焊縫一次合格率達(dá)98以上，容器的整體質(zhì)量得到了保證，總結(jié)以上經(jīng)驗，制定了如下方法：（1）采用小的電流、短弧、多道焊，待先焊的一層完全冷卻，溫度100，然后再焊下一層，以減少焊接接頭在在危險溫度區(qū)停留時間，不致形成貧Cr區(qū)。（2）與腐蝕性介質(zhì)接觸的焊縫最后焊接，另外盡量避免布置交叉焊縫，減少焊接接頭，避免重復(fù)焊熱循環(huán)。至于采用大的規(guī)范參數(shù)焊接而后進(jìn)行固溶處理的方法，雖然效果可以，但工序復(fù)雜，不宜采用。4 焊接熱裂紋的控制奧氏體不銹鋼焊接時容易出現(xiàn)的主要缺陷是熱裂紋。這是由于奧氏體不銹鋼的熱導(dǎo)率不到碳鋼吧的1/3，而線膨脹系數(shù)卻大得多，故在焊接時會產(chǎn)生較大

7、的焊接應(yīng)力。另外奧氏體結(jié)晶時間長，雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重。我們發(fā)現(xiàn)薄板比厚板更容易出現(xiàn)熱裂紋。在做薄板試件時并沒有出現(xiàn)裂紋，但在實際施焊時出現(xiàn)了熱裂紋，分析其原因為：做試板時基本上沒有外界拘束，而在焊接壓力容器時，其本身的拘束度是很大的。另外薄板比厚板散熱快，而且是在冬季施工，這就造成了焊縫內(nèi)部的焊接應(yīng)力及殘余應(yīng)力特別大，因而易出現(xiàn)熱裂紋。由于不銹鋼傳熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，熔深淺，不易焊透，焊接速度太小會因過熱而形成熱裂紋，所以我們采用開坡口的小間隙焊縫與不開坡口的大間隙焊縫進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)不開坡口的小間隙焊縫出現(xiàn)熱裂紋的機率特別低，焊縫修補時，稍加預(yù)熱以減少應(yīng)力，避免出現(xiàn)熱裂紋。5 焊后熱處理為防止奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕，除在焊接規(guī)范上采用小電流、快速、短弧焊等以縮小熱影響區(qū)外，還可以采用焊后熱處理的方法。實際施工中，常采用以下兩種方法：（1）穩(wěn)定化退火。加熱到850保溫2h后空冷。其主要目的是加速鉻的擴散，使貧Cr區(qū)的Cr得到補償從而可以消除貧C區(qū)。r（2）固溶處理。加熱到10501100保溫0.5h后水淬，主要目的是使碳化鉻溶解，以消除貧Cr區(qū)。奧氏體不銹鋼容器的這兩種焊后熱處理，都需要有大型的加熱裝置，有一定的局限性，溫度太高要防止容器變形，加熱時要防止表面增碳，故對設(shè)備整體進(jìn)行焊后熱處理應(yīng)用較少。我們經(jīng)常進(jìn)行的固溶處理是在奧氏體不銹鋼鋼管冷彎成U形管后對彎頭及3