雙相不銹鋼管道的焊接工藝

1、雙相不銹鋼管道的焊接摘要：以遼陽(yáng)石化80萬(wàn)噸/年P(guān)TA裝置雙相不銹鋼管線為例，向讀者介紹雙相不銹鋼2205的管道焊接，整個(gè)焊接具有一定的價(jià)值，為雙相不銹鋼焊接提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼 管道 焊接 工藝 耐腐蝕0 前言鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼是在超低碳鐵素體不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種雙相不銹鋼，常溫下為雙相組織，與一般不銹鋼相比，其Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，Cr、N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，具有較好的抗點(diǎn)蝕和抗應(yīng)力腐蝕的性能。此外，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，所以比其他的不銹鋼有更高的屈服強(qiáng)度。雙相不銹鋼由于具有奧氏體+鐵素體雙相組織，且兩個(gè)相組織的含量基本相當(dāng)，故兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)。屈服

2、強(qiáng)度可達(dá)400Mpa 550MPa，是普通奧氏體不銹鋼的2倍。與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的韌性高，脆性轉(zhuǎn)變溫度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高；同時(shí)又保留了鐵素體不銹鋼的一些特點(diǎn)，如475脆性、熱導(dǎo)率高、線膨脹系數(shù)小，具有超塑性及磁性等。與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的強(qiáng)度高，特別是屈服強(qiáng)度顯著提高，且耐孔蝕性、耐應(yīng)力腐蝕、耐腐蝕疲勞等性能也有明顯的改善。遼陽(yáng)石化80萬(wàn)噸/年P(guān)TA裝置中共有雙相不銹鋼有497m，最小管徑為21.3×2.11，最大管徑為219.1×8.18，屬于中、低壓管道。PTA裝置雙相不銹鋼管道中介質(zhì)為濃度60%90%的高濃度醋酸，是具有強(qiáng)腐蝕

3、和刺激性的介質(zhì)，焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個(gè)裝置生產(chǎn)的安全性。1 雙相不銹鋼2205的焊接性分析鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼具有良好的焊接性，鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼被加熱到足夠的溫度時(shí)，出現(xiàn)奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，溫度升高到1250-1300時(shí)，可轉(zhuǎn)變?yōu)榧冭F素體組織，此時(shí)在進(jìn)行冷卻，首先在鐵素體晶界生成晶核，逐漸生成奧氏體。冷卻速度較慢生成的奧氏體越多，反之生成的奧氏體越少。該雙相不銹鋼與鐵素體不銹鋼相比，焊接出現(xiàn)的裂紋傾向低；與奧氏體不銹鋼相比，焊接產(chǎn)生的脆化傾向低。然而，焊接工藝掌握不好，這種雙相鋼組織會(huì)引起焊縫和熱影響區(qū)的脆化和焊接熱裂紋的產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)表明，焊縫和熱影響區(qū)德鐵素體含量超過(guò)80%

4、時(shí)，會(huì)降低韌性并增加裂紋的產(chǎn)生，因此對(duì)焊縫的化學(xué)成分尤其是Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和冷卻速度加以控制，防止單相鐵素體以及晶粒粗大和裂紋的產(chǎn)生。雙相不銹鋼化成成分和力學(xué)性能見(jiàn)下表1、2：2 雙相不銹鋼的焊接工藝2.1 焊前準(zhǔn)備坡口的制備：坡口角度為70±5°，主要是考慮稍大的坡口角度有利于保證熔合比和提高脫渣性能，實(shí)踐證明當(dāng)坡口角度小于這個(gè)數(shù)值時(shí)，產(chǎn)生夾渣的幾率會(huì)增大。焊前清理：管道坡口表面的清潔性是雙相鋼成功焊接的一個(gè)關(guān)鍵因素，2205坡口表面的污染物主要是切割時(shí)表面的氧化皮、油脂和引起鐵素體增多的脆化元素。因此，焊接前必須進(jìn)行完全清理打磨，打磨時(shí)使用不銹鋼專用砂輪片，防止?jié)B碳等情況

5、的發(fā)生。坡口加工完畢后，最后利用丙酮溶液清洗坡口內(nèi)外100mm區(qū)域內(nèi)的有機(jī)物、手印等。丙酮擦洗時(shí)不宜用棉質(zhì)物擦洗。2.2焊接方法本工程采用鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充和蓋面的焊接工藝。2.3 雙相不銹鋼焊材選用雙相不銹鋼用的焊材，其特點(diǎn)是焊縫組織為奧氏體占優(yōu)的雙相組織，主要耐蝕元素(鉻、鉬等)含量與母材相當(dāng)，從而保證與母材相當(dāng)?shù)哪臀g性。為了保證焊縫中奧氏體的含量，通常是提高鎳和氮的含量，也就是提高約24的鎳當(dāng)量。在雙相不銹鋼母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材中也希望有一定的含氮量，但一般不宜太高，否則會(huì)產(chǎn)生氣孔。這樣鎳含量較高就成了焊材與母材的一個(gè)主要區(qū)別。根據(jù)耐腐蝕性、接頭韌性的要求不

6、同來(lái)選擇與母材化學(xué)成分相匹配的焊條E2209堿性焊條。盡管酸性焊條時(shí)脫渣優(yōu)良，焊縫成形美觀，盡管酸性焊條時(shí)脫渣優(yōu)良，焊縫成形美觀，但由于沖擊韌性較低，并且不適合管道的全位置焊接，所以采用堿性焊條。為了控制氣孔和氫致裂紋的出現(xiàn)，焊接前焊條在250的溫度烘干2h。焊絲選用與焊條化學(xué)成分相匹配的ER2209。2.4 保護(hù)氣體鎢極氣體保護(hù)焊特別適用于管件的焊接。與其他方法相比，盡管焊接速度較慢，但它是打底焊的理想方法。這種焊接方法，焊工可直接控制填充金屬的數(shù)量。但是由于填充金屬不足會(huì)大大增加鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)而引起脆化，在實(shí)際焊接中我們采用V型坡口，以保證打底焊時(shí)填充金屬充分熔敷。鎢極氬弧焊時(shí)，可在氬氣

7、中加入2%氮?dú)?，防止焊縫表面因擴(kuò)散而損失氮，有助于鐵素體與奧氏體的平衡。但要嚴(yán)格控制N2的含量，因?yàn)镹2含量增多會(huì)使鐵素體的含量增加。背面保護(hù)選用99.99%氬氣，使用時(shí)得到銀白色或淡黃色的合格焊道，但要嚴(yán)格控制背面保護(hù)氣體的含氧量，否則會(huì)導(dǎo)致根部焊道氧化嚴(yán)重，呈黑。打底焊時(shí)，為防止裂紋的出現(xiàn)，在更換焊絲繼續(xù)施焊前，要徹底打磨掉焊縫弧坑。2.5 工藝參數(shù)選擇 主要是對(duì)冷卻速度的空著，冷卻速度對(duì)2205的焊接至關(guān)重要，而冷卻速度的影響因素主要受焊接線能量、層間溫度、預(yù)熱及材料厚度等都會(huì)影響焊接時(shí)的冷卻速度，從而影響到焊縫和熱影響區(qū)的組織和性能。冷卻速度太快和太慢都會(huì)影響到雙相鋼焊接接頭的韌性和耐

8、腐蝕性能。冷卻速度太快時(shí)會(huì)引起過(guò)多的相含量以及Cr2N的析出增加。過(guò)慢的冷卻速度會(huì)引起晶粒嚴(yán)重粗大，甚至有可能析出一些脆性的金屬間化合物，如相。手工鎢極氬弧焊，打底時(shí)，焊絲直徑為2.0，直流正接，電弧電壓9-12V，焊接電流80-100A，焊接速度6-8cm/min，正面氣體流量10-15L/min，背面氣體流量15-20L/min。層間溫度控制在100以下。焊條電弧焊時(shí)，其焊條采用直流，焊條接正極。焊接電流過(guò)大可能會(huì)引起很多問(wèn)題，例如電弧不穩(wěn)、飛濺過(guò)大、焊條過(guò)熱、藥皮脫落等，電流過(guò)大就會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的線能量會(huì)適當(dāng)?shù)脑龃?，?huì)導(dǎo)致晶粒的過(guò)分長(zhǎng)大和裂紋的產(chǎn)生，根據(jù)遼陽(yáng)石化80萬(wàn)噸/年P(guān)TA裝置特點(diǎn)均為中、薄壁管道，焊條直徑為2.5、3.2，焊接第二層、第三層電流為90-110A，電壓為20-25V。焊接時(shí)盡量保持短弧，這樣可以防止合金元素的燒損，容易等到適當(dāng)相組成，為防止焊接時(shí)未熔合、氣孔的產(chǎn)生，焊接時(shí)焊條可適量的橫向擺動(dòng)一般為焊條直徑的3倍，因?yàn)檫^(guò)度橫向擺動(dòng)容易造成熱裂紋和降低耐腐蝕性。這樣的熱輸入和層間溫度的控制在80萬(wàn)噸/年P(guān)TA裝置運(yùn)行2年來(lái)焊縫及熱影響區(qū)均未發(fā)現(xiàn)泄漏及腐蝕現(xiàn)象，進(jìn)一步證明了焊接質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。3 結(jié)論選用含鎳及氮量