A312TP316L+G510高壓尿素級不銹鋼
焊接工藝及應(yīng)用
（姚彩艷 南化建設(shè)公司 南京大廠 210044
張林賢 江蘇省鍋檢所 南京 210002）
摘要：A312TP316L+G510高壓尿素級不銹鋼用于強度要求較高和耐尿液腐蝕性的不銹鋼，由于其材質(zhì)和焊材中比316L均增加了微量和多量的合金元素，對焊海王星工操作技能和焊接工藝要求相對要高的多，為了保證焊接接頭的質(zhì)量，通過工藝方案的選定和工藝評定試驗，探索出最佳工藝參數(shù)，在實際安裝過程中進一步采取工藝措施，成功地焊出了合格的產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：焊接工藝 耐腐蝕 熔滴
對于高壓尿素級不銹鋼，由于其材質(zhì)是不銹鋼316L中增加了N及其它微量的合金成分改良而成的鋼材。此鋼及相匹配的焊材為我單位焊工首次接觸，因其內(nèi)部的介質(zhì)為尿液，腐蝕性很強，所以對焊縫的內(nèi)表面要求應(yīng)相當(dāng)光滑，無咬邊和其它缺陷。焊縫內(nèi)部的質(zhì)量要求也很高如：焊縫打底層需進行100%PT，焊縫組織中鐵素體含量應(yīng)嚴格控制，焊縫100%射線探傷。為了保證焊接質(zhì)量，我們對A312TP316L+G510高壓尿素級不銹鋼的焊接工藝進行了研究。
1焊接工藝方案設(shè)計
1.1焊接過程中存在的問題
焊接此鋼的主要問題是熱裂紋、脆化、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕，此外，因?qū)嵯禂?shù)差，線膨脹系數(shù)大，在管道焊接過程中，由于不能自由變形，所以焊接接頭的應(yīng)力大。
1.2焊接方法及材料
對于此高壓尿素級不銹鋼，國內(nèi)目前還沒有與之配套的焊絲、焊條，我們采用了Sname CR UR 510中提供的與之相配的焊材，其化學(xué)成分見表一：
表一：焊絲、焊條、管材的化學(xué)成分
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化學(xué)成分
材質(zhì)
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
|
Mo
|
N
|
Cu
|
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SIDERFIL316LM
φ2.0
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0.011
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0.38
|
1.63
|
0.015
|
0.001
|
17.2
|
13.57
|
2.54
|
0.055
|
|
|
CITOXIDB316M
φ2.5
|
0.01
|
0.42
|
7.21
|
0.015
|
0.002
|
19.79
|
15.73
|
2.72
|
0.19
|
0.21
|
|
CITOXIDB316M
φ2.5
|
0.03
|
0.41
|
6.02
|
0.015
|
0.01
|
19.5
|
16.8
|
3.5
|
0.15
|
|
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CITOXIDB316M
φ3.0
|
0.05
|
0.54
|
6.58
|
0.015
|
0.013
|
18.76
|
13.59
|
2.91
|
0.15
|
|
從上表可見，無論焊絲或焊條的化學(xué)成分中，Mn的含量高達為7.21，在焊接過程中熔滴的粘度大，流動性很差，即使在平位置，焊縫內(nèi)表面凹陷都很嚴重，所以需要采用一定的工藝措施，來保證里口的表面措施。
焊條使用前，必須進行150℃，2Hr的烘干，焊工在領(lǐng)取焊條時，需攜帶保溫筒，做到隨用隨取。
所有管道在打底焊接過程中均需管道內(nèi)部充氬，其流量為12-15L/min，氬氣的純度要求是99.99%。
由于高壓尿素級不銹鋼管道的直徑為φ1/2″-φ40″，只能進行單面焊。為了防止晶間腐蝕，必須采用熱量集中的焊接方法，為了保證根部的焊接質(zhì)量，因此采用了電弧穩(wěn)定、無飛濺，根部焊縫成型好的鎢極氬弧焊（TIG）方法打底。但TIG焊熔敷效率低，對于中厚壁管道其余層采用手工電弧焊。
1.3坡口加工和清理
管道單面對接焊的關(guān)鍵就是完全焊透良好，均勻的打底焊，為此必須準(zhǔn)備適合與打底焊焊接工藝的坡口條件，我們選用如下圖所示：
37°
max 22.2
1.6
的坡口形式。
坡口及其附近附著水、油污等贓物時，將影響焊接工藝性，產(chǎn)生氣泡、裂紋等焊接缺陷，因此在施焊前應(yīng)將坡口及其兩側(cè)20-30mm范圍內(nèi)的焊件采用不銹鋼絲刷或銅刷進行清理，如有油污可用丙酮等進行擦拭，然后在每側(cè)各100mm范圍內(nèi)涂抹白堊粉或其它防粘污劑，以防焊接飛濺玷污。
1.4層間溫度
對于導(dǎo)熱性差的高壓尿素級不銹鋼，為了防止熱裂紋、晶間腐蝕，防止焊接接頭過熱是很重要的。縮短焊縫和熱影響區(qū)在450-850℃的停留時間。所以多層焊接時，層間溫度應(yīng)不超過100℃。
1.5焊接線能量
焊接線能量的大小，對高壓尿素級不銹鋼焊接接頭的耐腐蝕性能是一個重要影響因素。焊接過程中，盡可能采用小直徑、小電流、快速焊、短弧焊，焊條不擺動，從而控制焊接線能量，改善焊縫組織，使晶粒細化，獲得較高的耐腐蝕性能。
1.6焊縫金屬中鐵素體
高壓尿素級不銹鋼焊接時，為了防止晶間腐蝕，其焊縫組織最好為奧氏體-鐵素體雙相組織，但焊縫金屬中，鐵素體含量超過一定數(shù)值時，易出現(xiàn)475℃脆化和б相脆化，從而降低焊接接頭的性能，所以在焊接此鋼材時，要求其打底層焊縫FN≤0.6%，其余層FN≤1%。
2.焊接工藝評定
進行了管狀對接水平固定焊接工藝評定試驗，試件尺寸為6″*15.88，母材與正式產(chǎn)品材質(zhì)相同，其焊接參數(shù)見表二：
表二：焊接工藝參數(shù)
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層數(shù)
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焊接方法
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極性
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焊材
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規(guī)格（mm）
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電流（A）
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電壓（V）
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焊接速度（mm/s）
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1
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TIG
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正接
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316LM
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2.0
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100
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11-12
|
1.0
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2
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SMAW
|
反接
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B316LM
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2.5
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60-70
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21-23
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1.6
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3-5
|
SMAW
|
反接
|
B316LM
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3.2
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75-95
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22-24
|
1.2-1.6
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用磁性鐵素體測量儀測量打底層焊道和其余層焊縫，其鐵素體含量均為0.2%，按WL、CK390 100%射線探傷，結(jié)果一次合格為A級，按圖紙技術(shù)要求進行了各項檢驗，試驗結(jié)果：拉伸試樣斷口均在母材處，側(cè)彎 4件 180°均合格，休易試驗，總腐蝕速率為0.0035mm/月，按Sname CR UR 510評定合格。
3.焊接工藝的應(yīng)用
以評定合格的焊接工藝參數(shù)為依據(jù)，編制焊接工藝規(guī)程，應(yīng)用于南化大化肥52萬噸/年尿素裝置中高壓尿素級不銹鋼管道的焊接，焊接管道量為560米，固定口96米，轉(zhuǎn)動口464米，焊縫拍片一次合格率達99.2%，其中鐵素體含量測定值為0.2%-0.3%，著色探傷100%合格，內(nèi)表面圓滑過渡，無缺陷，保證了國家重點工程尿素裝置中重點、難點高壓尿素級不銹鋼的焊接質(zhì)量，并得到外方專家的好評。
通過尿素裝置一年多的試運行和投產(chǎn)，結(jié)果表明，選擇的工藝方案及工藝評定所確定的工藝參數(shù)能夠保證焊接接頭的各項性能要求，為焊接A312TP316L+G510高壓尿素級不銹鋼提供了經(jīng)驗。
4.施工過程注意事項
（1）.由于此焊絲或焊條熔滴粘度大，熔透性差，即使在平焊位置都易引起內(nèi)凹，尤其是引弧處內(nèi)凹更嚴重，為此我們采用了短時增加引弧電流的方法，來克服缺陷。另外在焊接過程中，盡量采用轉(zhuǎn)動焊，減少固定口的數(shù)量，進一步提高焊接質(zhì)量。
（2）.對中厚管道，焊接過程中，采用了在焊縫及周圍用水強迫冷卻，縮短焊縫高溫停留時間。
（3）.加強焊道間的清理，準(zhǔn)確測定鐵素體含量。
（4）.除打底焊道需進行里口氬氣保護外，第二層焊接時同樣需要氬氣保護，目的為了里口的焊縫表面的光滑。
（5）.起弧應(yīng)在坡口內(nèi)或采用高頻引弧，收尾應(yīng)滯后停氣并填滿弧坑。
（6）.焊接電纜卡夾在工件上要卡緊，以免發(fā)生打弧或過燒現(xiàn)象。
5.結(jié)論
（1）.采用焊絲316LM、焊條B316LM焊接A312TP316L+G510高壓尿素級不銹鋼其焊接方法、焊接線能量、層間溫度的選擇是正確的。
（2）.焊接接頭的耐腐蝕性能完全滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。
