常用奧氏體不銹鋼管道焊接

常用奧氏體不銹鋼管道焊接在我公司所從事的安裝工程中，管道安裝工作占有很大比例，是整個工程的一個重要的組成部分。而化工管道的安裝又離不開焊接，因為在化工管道中管子之間或管子與管件間的連接基本上是采用焊接。因此焊接工作在管道安裝工程乃至整個化工安裝工程中都占有極其重要的地位。由于化工生產(chǎn)有其特殊的特性：管道中輸送的介質既有高溫、高壓又有低溫、低壓，而且許多介質本身還易燃、易爆、劇毒、有毒及腐蝕性強等特點。因此，在管道焊接施工中，必須從人員、材料、焊接工藝等各方面入手，抓好焊接過程的控制，保證焊接質量。使焊縫不僅嚴密牢固，能承受高溫、高壓的作用，而且能夠抵抗某些介質的腐蝕，滿足化工生產(chǎn)的需要。我公司在以往的施工中一直對焊接質量比較重視，在這方面也取得了許多成績和寶貴經(jīng)驗。在我公司所承建工程中，管道材料種類較多，而且每個工程中都有大量的不銹鋼管道，不銹鋼管道焊接又有一定的特殊性。借此機會將自己對常用的不銹鋼管道焊接的一點知識加以總結。一、我公司施工中常用不銹鋼的種類及特性(一）施工中常用不銹鋼的種類：不銹鋼按空冷后的組織分類一般可分為：馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼。其中奧氏體不銹鋼最為常用，我公司在施工中所用的大多都是奧氏體不銹鋼分別見表1、表2。（二）該類不銹鋼的特性1、表218％左右，含鎳8％左右的高鉻鎳合金18-8型奧氏體不銹也不能使其硬化。奧氏體不銹鋼不但具有良好的耐腐蝕性能，還具有良好的綜合機械性能，無論在低溫或高溫下，在極寬的溫度范圍內(nèi)都能保持極好的塑性和韌性。所以這類鋼在化工管道中應用十分廣泛。二、奧氏體不銹鋼的可焊性1、可焊性分析此外，如果管道是在高溫條件下長期工作，則還有高溫脆化問題。所以，奧氏體不銹鋼的可焊性比低碳鋼要低一些。但不論采用電弧焊還是鎢極氬弧焊，一般都不用預熱及焊后熱處理，只要控制好焊接規(guī)范，完全能取得良好的焊接質量。2、奧氏體不銹鋼焊接常見問題奧氏體不銹鋼雖然可焊性能好，焊接時也不需要采取特殊工藝措施。但是，假如焊條選用不當或焊接工藝不正確時，常會產(chǎn)生下述缺陷。（1）晶間腐蝕同一接頭的這三個部分不可能同時都發(fā)生晶間腐蝕。產(chǎn)生晶間腐蝕的原因，目前一般認為是晶界貧鉻造成的。焊接時，焊縫附近受到移動的焊接熱源在450～85℃范圍內(nèi)反復加熱時，使溶于奧氏體的碳以較快的擴散速度析出，此時聚集在晶界處的碳和鉻形成碳化鉻。由于鉻的原子半徑較大，擴散速度較慢，來不及向晶界擴散，所以在晶間所形成的碳化鉻所需的鉻主要來自晶界附近，結果就使得晶界附近的含鉻量大為減少，造成晶界貧鉻，從而降低該區(qū)域的抗腐蝕能力，在腐蝕介質作用下，引起晶間腐蝕。焊接上防止晶間腐蝕的措施主要有：a、控制含碳量選用母材和焊材時，盡量選用含碳量較低的材料，而且焊材的含碳量應低于母材。b、選用含有鈦、鈮等穩(wěn)定元素的母材和焊材，因為鈦、鈮等元素與碳的親和力比鉻強，更容易與碳結合形成穩(wěn)定的碳化物，從而避免在奧氏體晶界造成貧鉻。c、選用含有硅、鋁、鉬等元素的焊條，這些元素能使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織。因為鉻在鐵素體的擴散速度比在奧氏體中快，碳化鉻就在鐵素體內(nèi)部及其附近析出，減輕了奧氏體晶界的貧鉻現(xiàn)象。d、在焊接規(guī)范上，可采用小電流、快速焊、短弧等措施，以減小熱影響區(qū)。有特殊要求時，還可采用焊后熱處理的辦法加以解決。（2）焊接熱裂紋弱層而使焊縫易裂。防止熱裂紋的措施主要有：a、必須嚴格控制焊縫金屬中雜質的含量，尤其是SP這兩種常見的雜質。b、使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織。因為少量的鐵素體可以細化晶粒，打亂奧氏體的枝晶方向，防止雜質的聚集，不易形成薄弱層，可改善熱裂傾向。為此須在焊縫中加入少量形成鐵素體的元素，如硅、鉬等。c、在焊接工藝上，采用堿性低氫焊條，用小電流、快速焊的規(guī)范。三、焊接（一）接頭形式及坡口管道焊接前應根據(jù)設計要求或施工規(guī)范要求加工出合適的坡口。坡口形式、尺寸及接頭的具體要求，應根據(jù)焊件的結構形狀、厚度、焊接方法等綜合考慮，應做到保證質量、方便操作、減少焊接變形與應力，并盡可能減少焊縫金屬的填充量。（二）焊接方法選擇不銹鋼管道的焊接，現(xiàn)在最常用的方法具有手工鎢極氬弧焊進行底層焊，再用手工電弧焊填充與蓋面。由于底層焊道與介質直接接觸，對焊接質量要求較高。氬弧焊的優(yōu)點是：氬氣的保護作用好，而氬弧焊時焊縫背面都要求充氬保護，因此焊縫表面氧化輕；氬弧的溫度高，熱量集中，而且有氬氣流的冷卻作用，焊縫的熱影響區(qū)??；氬弧焊接時無熔渣，焊后無夾渣缺陷；焊縫強度高，耐蝕性好，焊件的變形小，因此焊縫的質量比手工電弧焊高。所以底層焊道一般都采用手工鎢極氬弧焊。（三）焊接材料的選用1、由于氬弧焊時熔池中無劇烈地氧化、還原等冶金反應，故焊絲的選用應根據(jù)管道材料的化學成分及工作條件來確定。并應保證前述的耐蝕及抗裂要求。一般應選用與母材成份相同或相近的焊絲。氬氣用工業(yè)純氬，純度應不低于99.9%。2、手工電弧焊焊條的選擇通常不銹鋼主要是利用其所特有的耐熱、耐蝕性能，因此，焊條要根據(jù)不銹鋼管道的材質、工作條件（包括工作溫度和介質）來選用。一般應遵循以下幾條原則：①對于在高溫下工作的耐熱不銹鋼管道，所選用的焊條，主要應能滿足焊縫金Cr/Ni≥1鐵素體雙相組織。而且通常希望焊縫金屬鐵素體含量小于5‰。②對于在各種腐蝕介質中工作的耐蝕不銹鋼，則應按介質和工作溫度來選擇焊300℃以上、有較強腐蝕性的介質，需選用含有TiNb穩(wěn)定管道，方可使用不含TiNb的不銹鋼焊條。③一般應選用與母材成份相同或相近的焊條。由于含碳量對抗腐蝕性能有很大影響。因此，一般選用熔敷金屬的含碳量不高于母材含碳量的焊條。④焊條藥皮類型的選擇 不銹鋼焊條的藥皮類型比較簡單，一般分為三類；15161716型。低氫型不銹鋼焊條的抗熱裂紋性較好，但成型不如后兩類焊條，抗腐蝕性也較差。鈦鈣型和鈦酸型不銹鋼焊條具有良好的工藝性能，焊縫外表成型美觀。焊接耐蝕性能要求較高的焊縫時，可選用鈦鈣型或鈦酸型焊條。由于雙相奧氏體焊縫金屬本身含有一定量的鐵素體，具有良好的塑性和韌性，從焊縫金屬抗裂紋性角度進行比較，堿性藥皮與鈦鈣型藥皮焊條的差別不象碳鋼焊條那樣顯著。在實際應用當中，從焊接工藝性能考慮較多，大都采用酸性焊條。只有在焊縫抗裂性要求較高時，才選用堿性低氫型藥皮的不銹鋼焊條。⑤國外引進裝置的管道或從國外定購的管道，焊接材料應按國外有關資料及標準選用，一般要選用進口焊材。常用國產(chǎn)不銹鋼焊材選用見表3,常用進口不銹鋼焊材的選用見表4.表3常用奧氏體不銹鋼焊材選用母材 焊絲 焊條A102A

工作條件及要求工作溫度低于300℃，同時要0Cr18Ni91Cr18Ni9

H0Cr21Ni10H0Cr21Ni10H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10Nb

A102A107A122

有良好的耐蝕性。工作溫度低于300℃，同時對性要求較高H0Cr21Ni10A132A工作溫度較高H0Cr20Ni10TiA132或要求有良好H0Cr20Ni10NbA137的耐蝕性能。0Cr18Ni9Ti工作溫度和耐0Cr18Ni11TiH0Cr20Ni10Ti0Cr18Ni11NbH0Cr20Ni10NbA132AA132蝕性要求較低時，也可選用不1Cr18Ni9TiA137含Ti或Nb的焊1Cr18Ni9Nb材。A202A抗有機酸、無機H0Cr19Ni12Mo2A202酸、堿及鹽腐0Cr18Ni12Mo2TiA207蝕。1Cr18Ni12Mo2Ti要求有良好的H00Cr19Ni12Mo2A212抗晶間腐蝕性能00Cr17Ni14Mo2H00Cr19Ni12Mo2A022表4常用進口不銹鋼焊材選用表（美國）鋼 號焊絲型號焊條型號304308304L316ER308ER308LER316E308-15E308-16E304L-15E304L-16E316-15E316-16316LER316LE316L347347LER321ER347ER347E316L-16E347-15E347-16E347-15E347-16（四）焊接工藝要點為防止晶間腐蝕及熱裂紋，并根據(jù)不銹鋼電焊條自身固有的特點，在選用焊接工藝參數(shù)時應注意以下幾點：20%左右。2熱影響區(qū)寬度，有利于提高焊縫金屬的抗晶間腐蝕能力和減少熱裂紋的傾向。10SHJ517-91中要求層間溫度不大于6℃。4、焊接時，應盡量采用短弧焊接。電弧過長時，焊芯中合金元素氧化燒損大，且保護不良，容易使空氣中的氮氣侵入，而氮是強奧氏體元素，易造成焊縫金屬中鐵素體含量減少，產(chǎn)生熱裂紋。5、焊接時，焊接電流、電弧電壓及焊接速度等工藝參數(shù)應綜合考慮，即控制線能量不宜過大。（五）奧氏體不銹鋼管道與低碳鋼管道的焊接在管道施工中還經(jīng)常遇到不銹鋼管道與低碳鋼管道焊接1、異種鋼焊接的主要問題異種鋼焊接時，焊縫的化學成分是由兩種材料熔化部分和焊接材料所決定的。低碳鋼合金元素很少，由于低碳鋼的熔入使焊縫中合金成份降低。低碳鋼的含碳量又高于奧氏體不銹鋼，所以焊縫中含碳量也會增加，而且由于高溫時奧氏體熔碳能力強，使得熔合區(qū)附近的碳會向焊縫富集。同時由于異種材料的膨脹系數(shù)不同，使得異種鋼接頭的殘余應力更加復雜。由于以上原因使得焊縫由于合金成份降低，不能保證形成單相奧氏體組織，從而使焊縫的耐腐蝕能力降低，塑性、韌性降低。同時，焊縫含碳量的增加及接頭殘余應力的復雜化，又將使接頭產(chǎn)生高硬區(qū)，而且這種殘余應力是一般熱處理方法不2、焊材選用選用高鉻鎳焊條和焊絲，可以補充熔合區(qū)的合金元素，防止出現(xiàn)脆性的馬氏體2520（A402.A4072513型焊條和焊絲（焊條A302.A307;焊絲：H1Cr25Ni13）.25202513型焊材，只要把母材的熔合比控制在類40%織，雙相組織具有較高的抗裂性能，因此一般應盡量選用鉻2513型焊材。3、焊接工藝要點選擇焊接規(guī)范時，應盡量降低熔合比。為此減少焊條和焊絲的直徑。在可能的情況下，盡量采用小電流、高電壓和快速焊。（六）焊后熱處理奧氏體不銹鋼焊后一般不進行熱處理，但對于在容易產(chǎn)生應力腐蝕及晶間腐蝕的環(huán)境中使用時，就有必要進行焊后熱處理。奧氏體不銹鋼最常見的焊后熱處理方式為：消除應力處理、穩(wěn)定化處理。1．消除應力處理（或溴離子時，會引起應力腐蝕。這種情況下，就要進行消除應力處理，經(jīng)消除應力處理后，管子的屈服強度與疲勞強度可以得到提高，并可防止產(chǎn)生裂紋。處理工藝：①加熱速度≤220℃×25/s220℃/h50℃/h（400℃以下時自由升溫。②恒溫溫度：850℃～900℃③恒溫時間：S/25h,且不小于1/