隨著科技的不斷發展,不銹鋼管在航空、石油化工,和原子能爭工業中得到越來越廣泛的應用。奧氏體不銹鋼管具有較好的穩定性。但在石油化工管道的安裝,檢修中、所遇到不銹鋼管的焊接性問題也是層出不窮,我們往往由于對奧氏體不銹鋼管的焊接性缺乏了解,造成一些不必要的焊接缺陷導致設備利用率,耐快性降低,及達不到原有設計所需要的使用性能等缺陷。
石油化工常用奧氏體不銹鋼管具有優良的耐腐蝕性能,并兼有良好的塑性,高溫性能以及焊接性都是不銹鋼管中應用最多的一個鋼種。由于奧氏體不銹鋼管的物理,化學性能與其它碳鋼、合金銷相比差異較大,包括熱導率,受熱后的線膨脹系數,以及碳元素導致的品間腐蝕,并且由于不銹鋼管中含有貴重金屬鎳較多,成本高所以在工業中未得到大量使用,由于這些因素給奧氏體不銹鋼管的焊接施工及修復工作帶來很多困難,奧氏體不銹鋼管也有其有利的一面,那就是不會因為溫度的變化而發生相變。焊態下的奧氏體不銹鋼管也有較好的塑性和韌性。
奧氏體不銹鋼管焊接時的主要問題是;奧氏體在高溫焊接時線膨脹系數大,導熱性能差,易產生氧化,熱裂紋、及晶間腐蝕。降低材料的塑性韌性,和抵抗腐蝕能力的性能。
奧氏體不銹鋼管焊接時存在的問題;如焊接接頭表面氧化,焊接過程中如有焊條藥皮脫落,氫弧焊時氣體保護效果不好,使部分合金成分以及鉻元素產生氧化使焊縫中鉻含量降低,影響焊縫金屬抵抗石油化工原料腐蝕的能力,從而導致晶間腐蝕。
脆化;奧氏體不銹鋼管在450-850度范圍內較長時加加熱易導致過熱和過燒,使材料脆化降低塑性和抗晶間腐蝕能力應力腐蝕;如焊后存在較大的殘余應力,應力集中易產生應力腐鎮,焊接施工時應采用小的焊接工藝參數,控制層間溫度必要時可采取強制冷卻方法,采用合理的焊接順序,和熱量集中的焊接方法.
裂紋;奧氏體不銹鋼管焊接施工中存在的裂紋一般是熱裂紋。
鋼材的合金組織成分,及焊接時產生的應力集中是產生裂紋的主要因素。奧氏體本身穩定性很好,但對于雜質元素較敏感,奧氏體在高溫下產生線膨脹系數增大,熱導率降低形成較大的應力集中或殘余應力。而使奧氏體不銹鋼管對裂紋敏感現象產生另外由于受焊接熱循環的作用在焊縫冷卻結晶過程中產產生交大的內應力面產生裂紋。在焊接接頭設計時應采用合理的接頭形式,合理的裝配,焊接順序,采用小的焊接線能量,保持層間溫度不大于60度防止裂紋的產生。
晶間腐蝕;晶間腐蝕一般發生在焊縫熔合區,及熱影響區(600-1000度)的焊縫區.焊縫熱影響區易形成貧鉻晶粒邊界若與石油化工原料介質直接接觸會產生晶間腐蝕。預防焊縫及近逢區晶間腐蝕的方式有;選超低碳或添加鈦,鈮等穩定元素的焊接材料。熱影響區晶間腐蝕是由于銘的析出,形成貧鉻邊界,此時可采用小的焊接線能量。強制快速冷卻避免熱影響區晶間腐蝕。
奧氏體不銹鋼管的焊接工藝;石油化工奧氏體不銹鋼管壁厚不超過6mm的管件。鎢極氬弧焊和焊條電弧焊是最常用的焊接方法,焊條及焊絲一般通過采用的奧氏體材質,焊件所接觸的石油化工原料性質,以及焊接方法來選擇。對于裂解爐,高溫加熱循環爐管等高溫環境工作的奧氏體不銹鋼管焊接接頭,應保持焊縫金屬與母材成分相同或相近,同時選用在高溫時強度和抗熱裂性能好的焊接材料。對于接觸含鹽,酸,堿等酸性介質的奧氏體不銹鋼管管除材質相同或相近的含鎳量外,還要有適量的銅元素以提高耐蝕性能,對于雙相(奧氏體+鐵素體)不銹鋼管焊縫組織,由于含有相當數量的鐵元素宜采用鈦鈣型焊條進行焊接,或采用抗裂性能好的堿性低氫型焊條,焊前采用(150-200度)烘干1小時,以減少焊條中水分避免產生焊接觸陷。
焊接實例
我單位不銹鋼管容器筒體的焊接。
板材厚度為12mm筒體直徑9mm長12mm材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼管。
筒體縱、環縫的坡口形式均為V型。
由于現場施工環境較差,而奧氏體不銹鋼管焊縫受到油、銹、水、風份等外來因素的影響,將使其耐腐蝕性和焊接性變差,所以焊前必須對焊接區坡口兩側20mm以內清除鐵銹及油污,并使其露出光澤,選用E0-19-Nb-15焊條,經350℃左右烘干1h采用直流電源反極性接法,每隔200-250mm定位點焊25mm定位焊縫高度3-3.5mm.
焊接順序,先在筒內焊接①②層(道)然后在筒外清理焊根,再焊3-4層(道)最后在筒內焊接與腐蝕介質接觸的第5層(5-6道)、第一層焊接電流90-100焊條直徑3.2mm,其它各層選用130-150A焊條直徑為4mm,焊接過程中,采用直線運條,不作橫向擺動,層間溫度不能過高,保持冷至60℃以下清渣后再進行焊接,層間接頭錯開,收弧要填滿。焊后進行拋光鈍化化處理。該設備自2003年進行加高改造后,正常運行使用溫度為180℃至今,為公司正常投產運行,爭取了時間,創造了效益。