奧氏體不鏽鋼管的現場焊接工藝

tags: 不鏽鋼 奧氏體不鏽鋼    時間:2014-03-12 12:09:45
奧氏體不鏽鋼管的現場焊接工藝簡介
在火力發電及石油化工工程中,奧氏體不鏽鋼(1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9)管焊接量相當大,這些管道都為壓力管道,焊接質量要求高,並要求全部採用鎢……
奧氏體不鏽鋼管的現場焊接工藝正文

在火力發電及石油化工工程中,奧氏體不鏽鋼(1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9)管焊接量相當大,這些管道都為壓力管道,焊接質量要求高,並要求全部採用鎢極氬弧焊進行打底。

對於奧氏體不鏽鋼管打底層的焊接,以往採用手工鎢極氬弧焊配以實芯焊絲施焊方式,管內充Ar防止焊縫根部氧化,保證焊縫內部質量。但是管內充Ar在現場施工難度大,設備、罐體聯頭和長管道焊接時充Ar量大,特別是高空作業更不利於施工,且輔助用工多,很不經濟。為解決這些問題,保證焊縫質量,在施工中,對打底層採用葯芯焊絲鎢極氬弧焊(TIG),填充、蓋面採用氣體保護金屬極電弧焊(MAG)。

TIG打底焊選用Φ2mm的SQA308-T不鏽鋼葯芯焊絲,MAG填充及蓋面焊選用Φ1.0mm的KMS-308不鏽鋼焊絲,焊絲熔敷金屬的化學成分及力學性能見表1。

表1 焊絲熔敷金屬化學成分及力學性能

化學成分(質量分數,%)

力學性能

C

Si

Mn

Cr

Ni

S

P

σb/MPa

δ(%)

SQA308-T

≤0.055

≤0.90

0.5~2.5

18~21

9~11

≤0.025

≤0.03

568

36.7

KMS-308

≤0.045

≤0.50

0.5~2.5

19~20

10~12

≤0.025

≤0.023

558

35.8

焊接工藝試驗及參數

(1)坡口尺寸的選擇

由於奧氏體不鏽鋼的線膨脹係數大(比碳鋼約大40%),焊接時變形大,如果選用的坡口較大,則將會增加填充金屬,且焊縫高溫停留時間長,增加了產生晶間腐蝕及熱裂紋的可能性,同時也降低了焊接速度,加大了變形量,所以在保證焊縫質量的前提下,適當採用較小的坡口尺寸。坡口尺寸為50°~55°,但組對間隙適當加大,約為2.5~3.0mm,鈍邊為0.5mm。因為葯芯焊絲在焊接時有熔渣,要有利於熔渣流到焊縫根部以保護背面焊縫不受氧化。

(2)焊前準備

清理油污,並將坡口面及周圍10mm內修磨出金屬光澤,嚴格按要求加工坡口及組對尺寸;檢查水、電、氣路是否暢通,設備狀態應良好。

(3)焊接溫度的控制

奧氏體不鏽鋼焊接時控制層間溫度對避免產生晶間腐蝕及熱裂紋尤其重要,並可控制焊縫的氧化。控制可採用空冷或水冷的方式進行降溫,層間溫度控制在50~60℃。

(4)焊接工藝參數

經焊接工藝試驗,擬定出其焊接工藝參數見表2、表3所示。

表2 TIG 焊工藝參數

電流/A

電壓/V

氬氣流量/(L·min-1)

焊接速度/(mm·min-1)

極性

鎢極直徑/mm

噴嘴直徑/mm

75~120

10~12

7~9

40~50

DCSP

2.5

8~10

表3 MAG 焊工藝參數

焊接電流/A

電弧電壓/V

保護氣體

氣體流量/min

極性

100~110

17~19

80%Ar+20%CO2

9~12

DCRP

(5)操作要求

打底焊接時,焊槍角度、焊絲角度與碳鋼焊接基本相同。在焊接過程中,焊槍要做圓弧形擺動,其目的是使鐵水和熔渣加速分離,便於觀察熔池。同時,可增加母材坡口兩側熱輸入量,防止出現單邊未熔合。在填充焊絲時,應將焊絲送到熔池根部,並向下輕壓一下,以保證根部熔透及根部內成形。焊絲送入、取出的頻率要比實芯焊絲快。焊絲取出的距離應使焊絲的端部在氬氣保護區內,以免端部氧化。收弧時,應將弧坑填滿。如發現弧坑裂紋、縮孔等缺陷,應清除乾淨后再焊.以保證焊縫質量。蓋面焊時,焊前注意噴嘴及導電嘴是否清理乾淨,氣體流量的大小是否合適,清理打底層表面,控制層間溫度。因填充、蓋面層用氣體保護焊,焊絲伸出長度的長短對焊接過程的穩定性影響較大,焊絲伸出長度越長,焊絲電阻值增大,焊絲過熱而成段熔化,結果焊接過程不穩定,金屬飛濺嚴重,焊縫成形不良,對熔池的保護不好;焊絲伸出長度過短,則焊接電流增大,噴嘴與工件的距離縮短,焊接視線不清,焊道成形不良,同時還會使噴嘴過熱,造成飛濺物粘住或堵塞噴嘴,從而影響氣體流量。在MAG焊過程中,焊絲伸出長度為8~9mm,焊槍擺動幅度、頻率、速度及邊緣停留時間配合適當,動作協調一致,隨時調整焊槍角度,使焊縫表面邊緣熔合整齊,成形美觀,以保證填充及蓋面層質量。焊接時,焊槍角度要跟管子軸線垂直,因為管子是圓的,所以焊槍角度要隨時變化,這樣才能保證焊縫質量,避免焊縫產生氣孔、夾渣等現象。焊時採用小月牙形擺動,兩側稍作停留穩弧,中間速度稍快,這樣可以避免焊出的焊縫凸起、不平整;上、下接頭都要越過中心線5~10mm,後半圈填充、蓋面仰焊接頭時,可把前半圈引弧焊接位置磨一個緩坡,使後半圈接頭時不致於產生缺陷;填充時,要注意坡口邊緣不要被電弧擦傷,以備蓋面層焊接。蓋面時,應在坡口邊緣稍作停頓,以保證熔池與坡口更好地熔合,焊接過程中焊槍的擺動幅度和頻率要相適應,以保證蓋面層焊縫表面尺寸和邊緣熔合整齊。

對所焊接頭進行射線探傷、力學性能測試、化學分析、硬度測量及焊縫晶間腐蝕試驗,結果是:射線探傷按JB4730-94標準Ⅱ級合格,經評定為合格;晶間腐蝕試驗按GB23345-90標準,合格;硬度值為78.6~87.1HB。經工藝試驗評定,焊縫外觀成形美觀,背面保護質量好,克服了根部氧化問題,焊接質量優良。

在PVC工程施工中,對下列規格的奧氏體不鏽鋼管按上述工藝進行了焊接:Φ57mm×3.5mm、Φ89mm×7mm、Φ108mm×8mm、Φ133mm×10mm、Φ159mm×10mm、Φ325mm×14mm、Φ426mm×16mm。對各焊口進行了X射線檢驗,一次合格率達95%以上。焊縫成形美觀,根部成形熔透均勻,內部質量好,解決了根部氧化問題,焊接質量優良。(榕霖)

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