高鎳合金鋼管焊接工藝、焊接技術及焊接檢驗

[ 關鍵詞：合金鋼管　發表日期：2022-11-08 20:10:07 ]

　　焊接Ocr25Ni20高鎳合金鋼管的主要問題是防止熱裂紋、脆化和焊接變形，在這些焊接產生的缺陷中裂紋的危害性最大，焊接中產生裂紋的傾向也較大。此外應力腐蝕和晶間腐蝕也是不容忽視的問題，本文從焊接特性分析入手介紹了Ocr25Ni20高鎳合金鋼管的焊接工藝設計、焊接技術要求及焊接檢驗等，并通過實踐取得了良好的效果。

關鍵詞：高鎳合金鋼管焊接工藝、高鎳合金鋼管焊接技術、高鎳合金鋼管焊接檢驗

　　Ocr25Ni20高鎳合金鋼管共10種規格185m，管徑從3/8”10”～不等，壁厚范圍為3～4mm，需拍片的對接焊口共68個。鋼管的化學成份及機械性能見表1，Ocr25Ni20屬奧氏體不銹鋼，具有面心立方晶格(即γ組織)，由于該鋼管含鎳量高，鎳的焊接性能較差，

因此防止焊接缺陷應主要從三個方面去考慮:

①焊縫熱裂紋;②高溫加熱碳化物脆化;③焊接變形大，

　　以上三種焊接缺陷中裂紋的危害性最大，也由于三種焊接缺陷共同作用的結果，有可能使焊縫及熱影區開裂，產生裂紋的傾向也較大，故高鎳合金鋼管防治焊接缺陷的重點應放在材料的抗裂問題上。因此焊接工藝設計、焊接技術要求、焊接檢驗措施，應圍繞材料的抗裂問題兼顧防止應力腐蝕和防止晶間腐蝕去進行。表1　Ocr25Ni20合金鋼管化學成份和機械性能化學成分(%)CMnPS0.003SiNiCr0.0521.020.0350.4519.1224.08530次邊界，它在高溫處于低塑性狀態，在應力作用下產生裂紋;③液化裂紋:在焊接熱循環峰值溫度作用下，在熱影響區和多層焊點層間發生重熔，在應力作用下產生裂紋。焊接熱裂紋的走向是沿奧氏體晶界開裂，裂紋的位置:前兩種是在焊縫及熱影響區，后一種是在熱影響區及多層焊點之間;產生熱裂紋的原因:

①有冶金的因素，如化學成份、組織偏析和高溫塑性;
②力的因素如冷卻時的收縮應力等;裂紋產生頻數最高的是結晶裂紋。

2.1　焊接缺陷特性一Ocr25Ni20焊接時極易產生的焊接熱裂紋主要有以下三種:①結晶裂紋:在結晶后期，由于低熔共晶形成的液態薄膜削弱了晶粒間的聯結，在拉應力的作用下發生開裂;②多變化裂紋:已凝固的結晶前沿，在高溫和應力的作用下晶格缺陷發生移動和聚集，形成二由于Ocr25Ni20不銹鋼的碳濃度較低，熱應力作用大，該鋼合金元素濃度高、導熱性差，內外溫差大，應力也大，促使變形的發生。這些也都有可能增大裂紋產生的傾向。

2.2　焊接缺陷特性二由于合金元素鎳的存在，熔入奧氏體的鎳合金元素使鋼的淬透性提高，鎳含越大，淬透性越高。Ocr25Ni20不銹鋼具有較高的鎳含量，具有高的淬透性，焊接時熱影響區中將形成馬氏體組織，熔池附近的晶粒非常粗大，有出現魏氏組織的傾向。魏氏組織是一種過熱缺陷，該組織中鐵素體或滲碳體的針片，使鋼的強度降低，由于高溫使碳化物脆化，使鋼的脆性增大，這些都使熱影響區有可能開裂，使鋼的可焊性變差。

2.3　焊接缺陷特性三機械性能σ(MPa)σs(MPa)δ(%)b5208402　焊接特性分析Ocr25Ni20屬奧氏體不銹鋼，焊接時靠近熔池的熱影響區被加熱到接近熔點，其它部分也分別被加熱到AC3以上或AC3與ACl之間。由于焊接是局部加熱的，且鋼材導熱快，因而熱影響區被迅速冷卻下來，整個焊接過程與淬火、、正火回火類似。

3　焊接工藝設計

3.1　焊接工藝措施

　　3.1.1防止熱裂紋的措施　改善焊縫的凝固組織，選用的焊材中，含微量的Mo元素，使焊縫的晶粒細化(A402中含有0.05%的Mo元素);采用小電流短電弧不擺動或小擺動的多層多道焊，減少焊道氧化的程度。?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.，Ltd.Allrightsreserved.2002年第24卷第6期　　　　　　　　　　　　　黃福榮:Ocr25Ni20高鎳合金鋼管的焊接29表3　焊絲、焊條的化學成份(%)為避免熱裂傾向加大，焊接小管時采用在焊縫兩側裝冷卻銅塊或濕布擦試焊縫兩側等強迫冷卻措施。
　　3.1.2　防止脆化的措施　嚴格控制鐵素體含量小于2%～7%的范圍，因475℃脆化和δ相脆化易出現在鐵素體含量高的焊縫中，及時清除高溫焊接接頭中的熔渣和飛濺，避免高溫下硫在熔渣中迅速積聚而造成脆化。
　　3.1.3　防止晶間腐蝕的措施　采用小線能量焊接，同樣采取在焊縫兩側用濕布擦試等強迫冷卻措施縮短焊縫處于高溫的停留時間，防止晶間腐蝕的產生。
　　3.1.4　防止應力腐蝕的措施　改進焊接結構形式。采用氬電聯焊。采用合理的焊接工藝順序，降低焊縫的受力狀態來減緩或防止焊縫金屬的應力腐蝕。

3.2　焊接工藝評定

　　為驗證擬定的工藝的正確性，我們按《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》GB50236-98和JB4708-92鋼制壓力容器焊接工藝《評定》進行水平固定和垂直固定兩焊接位置的焊接工藝評定。

3.3　焊接工藝要點見表2焊接工藝表表2　焊接工藝表材項目原材料檢驗焊接方法焊材焊條焊絲焊條烘烤方法形式角度、、鈍邊間隙質Ocr25Ni20名稱CMnSiSPNiCrMoCu0.5焊絲0.0181.70.0340.0100.02320.8425.56焊條0.121.910.500.0230.02621.7025.060.05表

4　熔敷金屬的力學性能名稱焊縫抗拉強度σ(MPa)屈服強度σ(MPa)bs625210延伸率(%)334.3　焊接技術要求

4.3.1　焊前清理焊前將管子坡口及其兩側50mm范圍內的油污、鐵銹、水等雜質清理干凈。
4.3.2　焊接技術要點

(1)按4.3.1的要求仔細清理管口及焊絲。
(2)焊接時管內充Ar保護，氣體純度應≥99.98%，厚壁管至少采用氬氣保護兩遍，角焊縫背面用Ar跟蹤保護，保護氣體流量見焊接參數一覽表。
(3)坡口焊時，管子坡口邊緣的膠布應反貼。
(4)為防止滲碳，禁止將管子直接放在碳鋼件上，而應放在木方和不銹鋼墊板上，焊工所用的鋼絲刷及錘子應為不銹鋼材質/鋼號/牌號/鋼級。
(5)為保持合適的空冷速度，全部活動口及能在室內焊的固定口全部在室內焊接，室外的固定口的焊接采取必要的防風、防雨措施。
(6)組對應避免強力組對，管件組對時，內壁錯邊量應≤5mm。0.
(7)所有焊機應帶有高頻控制箱，焊接時使用高頻引弧，嚴禁鎢極直接接觸母材引弧，焊接熄弧時，應填滿弧坑，并應磨去弧坑缺陷。
(8)換焊條產生的各段焊縫接頭要回焊一小段，然后才能沿焊接方向向前施焊，焊到焊縫終點，填滿弧坑降下電流，直到焊口冷卻才能切斷Ar保護。
(9)焊接時，焊絲的加熱端應置于Ar的保護中，每層焊道的接頭應錯開，每一焊道完成后均應清除焊道表面的熔渣，并進行表面檢查，消除各種表面缺陷。

4.4焊接技術參數根據采購到的管材和結合我們的焊接工藝評定試驗，我們制定了實際的焊接參數范圍，見表5。表5　Ocr25Ni20合金鋼管焊接參數一覽表焊層焊接方法電源極性焊接材料焊接電弧氣體流量(L/min)焊接速度焊槍管內(mm/min)光譜分析TiG+SMAWH0Cr26Ni21<2.5A402　3.2<200℃×5h～2h1.坡口加工管內保護規范參數機械加工V形60+5°<0.5;2.0～2.5;充氬保護小線能量和保持電弧電壓的穩定

4　技術要求

4.1　原材料檢驗對到貨的Ocr25Ni20的管子及管件除從質量證明書及外觀等二方面進行檢驗外、還按GB50235-97、HG20225-95規定進行100%的光譜分析，確認材質/鋼號/牌號/鋼級無誤后才用于工程。
4.2　焊接材料TiG氬弧焊鎢極選用鈰鎢極，直徑Φ2.4;焊絲采用ΦHoCr26Ni212.5。對焊材進行干燥及清理，確保了焊Φ材質/鋼號/牌號/鋼級量，符合GB4242-84;焊條A4023.2符合GB983-95的標準要求。該焊絲焊條焊接時熔渣少，操作性能好，焊條焊絲的化學成分與母材基本相同，為了控制裂紋，焊條焊絲的化學成份當中有一定含量的Mn。焊絲、焊條的化學成份及熔敷金屬的力學性能分別見表3、4。表電流(A)電壓(V)12～1819～211TiG直流反極HOCr26Ni2165～75≥SMAW直流反極A402285～1108～1210～1480～10010～14120～1405　焊接檢驗Ocr25Ni20合金鋼管的焊接過程，在以下三個階段進行了檢驗。?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.，Ltd.Allrightsreserved.30化工建設工程　　　　　　　　　　　　　　　　　　2002年第24卷第6期

5.1　焊前檢驗

5.1.1　基本金屬(母材)的檢驗　主要是校核質量證明書的材料型號、規格、爐批號、幾何尺寸和相應的化學成份及力學性能是否符合相關標準的要求，并根據施工規范的要求，對每種規格的管子及管件進行了光譜試驗，確認材質/鋼號/牌號/鋼級無誤后才用于工程中。
5.1.2　焊材檢驗　對焊絲及焊條主要是核對出廠質量證明書及檢查焊材的外觀質量，對其中的A402焊條還增加了藥皮質量的檢查項目，符合GB983-95標準及焊接規范要求后才用于焊接過程。
5.1.3　焊接用氣體的檢驗　主要是檢驗核對氣瓶標測檢查，表面是否有裂紋、、、、、燒穿弧坑焊瘤咬邊表面氣孔夾渣、飛濺等;焊縫外形尺寸用焊接檢驗尺檢查焊縫表面余高、凹凸差、焊縫寬度等;焊縫外觀質量，對局部進行射線探傷的焊縫，其外觀質量不低于GB50236-98的規定的Ⅲ，對不要求進行無損檢驗的焊縫，級其外觀質量不低于GB50236-98中規定的Ⅳ。級5.3.3　無損檢測　對接焊縫內部體積型缺陷，對設計規定要求探傷的，按規定的比例用X射線檢測，按JB4730-94Ⅱ級合格，對角焊縫用滲透探傷檢驗表面開口的缺陷等。
5.3.4　焊接接頭強度檢驗　在焊接接頭全部完成且簽上的氬氣純度和有害氣體的含量是否滿足焊接工藝的要求。
5.1.4　焊工資格、焊接電源檢驗　主要是核對焊工合格證上的合格項目是否滿足實際焊接的要求，核對焊接電源及容量、焊接工裝設備的完好性、網路電壓及其波動等是否符合相關標準及現行規范和焊接作業指導書的要求。5.1.5　坡口兩側的清理寬度、質量檢查　主要是檢查其寬度在坡口兩則50mm范圍內坡口表面應無雜質，不得有夾渣、、裂紋加工損傷等;坡口組對間隙、鈍邊、錯邊量、坡口角度等應符合焊接作業指導書的要求。5.2　焊接過程檢驗5.2.1　復核焊接材料　主要是防止焊接現場用錯焊接材料，檢查焊材型號和規格與工藝規定是否相符。5.2.2定位焊縫焊完后，應清除渣皮進行檢查，對發現其它檢驗項目己完全合格后，用液體做強度試驗。

6　結論

　　雖然高鎳合金管的可焊性差，但我們為確保Ocr25Ni20合金鋼管道的焊接質量，從各個方面嚴格管理。從焊接特性分析入手到焊接工藝設計、焊前準備落實焊接技術要求，進行焊接過程控制，焊接檢驗等方面都嚴格把關，有效保證了焊接質量。通過對設計要求需進行拍片的氫氣介質管線對接的68道焊口進行X射線檢驗，按JB4730-94Ⅱ級片要求，全部合格，焊接拍片一次合格率達到100%。對設計規定不要求進行探傷的對接口和角焊縫(液體滲透檢驗全合格后)的焊接接頭經水壓強度檢(試)驗合格，外觀成型良好，全部達到相應標準的要求，受到日方專家、監理方、業主的一致好評。Ocr25Ni20高鎳合金鋼管的焊接成功填補了我公司焊接方面的一項空白。參考文獻1　金屬學與熱處理(下冊).江蘇工學院.王健安主編.機械工業出版的缺陷應去除后方可進行焊接。5.2.3　焊接工藝參數檢驗　包括焊接電流、電壓、焊速、焊條和焊絲直徑，焊接層數、焊接順序、電源及極性，檢查的依據是焊接作業指導書。5.3　焊后檢驗5.3.1　焊縫焊完后立即去除渣皮、飛濺物，將焊縫表社，19852　焊接設計簡明手冊.陳祝年主編.機械工業出版，1997.33　現場設備工業管道焊接工程施工及驗收規范GB50236-98、國家質量技術監督局、中華人民共和國建設部聯合發布，1998.124　焊接數據資料手冊.傅積和，孫玉林主編。機械工業出版社，1997.55　鋼制壓力容器焊接工藝評定JB4708-92，國家原機械電子工業部、化面清理干凈后，然后才進行焊縫外觀檢查。5.3.2焊后外觀檢驗　主要是按GB50236-98及JB4708-92的規定進行，焊縫表面缺陷用放大鏡或目(上接44頁)學工業部、勞動部、中國石油化工總公司聯合發布1992.(收稿日期:2002-06-10)是:在試壓之前，所有的軟件資料必須上交檢驗科審查，并經當地的監檢人員審查合格后，方可試壓。掌握了固定管板式熱交換器的制作程序和應遵循的規程、規范及驗收標準，熟悉了制造過程中應注意的事項和有關問題的處理，就為我們制作固定管板式熱交換器提供了豐富的經驗，使我們的制作質量更加可靠，工期進一步加快，也提高了我廠的社會信譽和經濟效益。參考資料1　GB150-1998鋼制壓力容器》《2　GB151-1999管殼式換熱器》《(收稿日期:2002-08-05)?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.，Ltd.Allrightsreserved.