Ocr25Ni20高鎳合金鋼管的焊接技術(shù)

[ 關(guān)鍵詞：高鎳合金鋼管 Ocr25Ni20合金鋼管 　發(fā)表日期：2022-11-23 14:06:48 ]

　　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(chǎn)生的缺陷中裂紋的危害性最大,焊接中產(chǎn)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,鋼管公司(http://www.bviltd.cn/hejin/)在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(shù)要求及焊接檢驗等,并通過實踐取得了良好的效果。

1 　前言

　　Ocr25Ni20高鎳合金鋼管 共10 種規(guī)格185m,管徑從3/ 8”～10”不等,壁厚范圍為3～4 mm,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(jié)果,有可能使焊縫及熱影區(qū)開裂,產(chǎn)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(shù)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( %) 機械性能 C Mn P S Si Ni Cr σ b (MPa) σ s (MPa) δ 5 ( %) 0. 052 1. 02 0. 035 0. 003 0. 45 19. 12 24. 08 530 208 40

2 　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(qū)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(qū)被迅速冷卻下來,整個焊接過程與淬火、正火、回火類似。

2. 1 　焊接缺陷特性一

　　Ocr25Ni20 焊接時極易產(chǎn)生的焊接熱裂紋主要有以下三種:
　　①結(jié)晶裂紋: 在結(jié)晶后期,由于低熔共晶形成的液態(tài)薄膜削弱了晶粒間的聯(lián)結(jié),在拉應力的作用下發(fā)生開裂;
　　②多變化裂紋: 已凝固的結(jié)晶前沿,在高溫和應力的作用下晶格缺陷發(fā)生移動和聚集,形成二次邊界,它在高溫處于低塑性狀態(tài),在應力作用下產(chǎn)生裂紋;
　　③液化裂紋: 在焊接熱循環(huán)峰值溫度作用下,在熱影響區(qū)和多層焊點層間發(fā)生重熔,在應力作用下產(chǎn)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(qū),后一種是在熱影響區(qū)及多層焊點之間;

　　產(chǎn)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(chǎn)生頻數(shù)最高的是結(jié)晶裂紋。

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(qū)中將形成馬氏體組織,熔池附近的晶粒非常粗大,有出現(xiàn)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(qū)有可能開裂, 使鋼的可焊性變差。

2. 3 　焊接缺陷特性三

　　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(nèi)外溫差大,應力也大,促使變形的發(fā)生。這些也都有可能增大裂紋產(chǎn)生的傾向。

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。為避免熱裂傾向加大,焊接小管時采用在焊縫兩側(cè)裝冷卻銅塊或濕布擦試焊縫兩側(cè)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(xiàn)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(cè)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(chǎn)生。
3. 1. 4 　防止應力腐蝕的措施 　改進焊接結(jié)構(gòu)形式。采用氬電聯(lián)焊。采用合理的焊接工藝順序,降低焊縫的受力狀態(tài)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(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)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 　焊接工藝表項 目材 質(zhì) Ocr25Ni20 原材料檢驗 光譜分析焊接方法 Ti G+ SMAW 焊材焊條 A402 　<3. 2 焊絲 H0Cr26Ni21<2. 5 焊條烘烤 200 ℃×1. 5 h～2 h 坡口加工方法 機械加工形式 V 形角度、鈍邊、間隙 60 + 5°; < 0. 5 ;2. 0～2. 5 管內(nèi)保護 充氬保護規(guī)范參數(shù) 小線能量和保持電弧電壓的穩(wěn)定

4 　技術(shù)要求

4. 1 　原材料檢驗對到貨的Ocr25Ni20 的管子及管件除從質(zhì)量證明書及外觀等二方面進行檢驗外、還按 GB50235 - 97、 HG20225 - 95 規(guī)定進行100 %的光譜分析,確認材質(zhì)/鋼號/牌號/鋼級無誤后才用于工程。

4. 2 　焊接材料

　　Ti G氬弧焊鎢極選用鈰鎢極,直徑Φ2. 4 ;焊絲采用 HoCr26Ni21Φ2. 5。對焊材進行干燥及清理, 確保了焊材質(zhì)/鋼號/牌號/鋼級量,符合 GB4242 - 84 ;焊條A402Φ3. 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、表4。表3 　焊絲、焊條的化學成份( %) 名稱 C Mn Si S P Ni Cr Mo Cu 焊絲 0. 018 1. 7 0. 034 0. 010 0. 023 20. 84 25. 56 焊條 0. 12 1. 91 0. 50 0. 023 0. 026 21. 70 25. 06 0. 05 0. 5 表4 　熔敷金屬的力學性能名稱 抗拉強度σ b (MPa) 屈服強度σ s (MPa) 延伸率( %) 焊縫 625 210 33

4. 3 　焊接技術(shù)要求

4. 3. 1 　焊前清理焊前將管子坡口及其兩側(cè)50 mm 范圍內(nèi)的油污、鐵銹、水等雜質(zhì)清理干凈。
4. 3. 2 　焊接技術(shù)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(nèi)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(shù)一覽表。
(3) 坡口焊時,管子坡口邊緣的膠布應反貼。
(4) 為防止?jié)B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(zhì)/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(nèi)焊的固定口全部在室內(nèi)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(nèi)壁錯邊量應≤0. 5 mm。
(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(chǎn)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(shù)參數(shù)根據(jù)采購到的管材和結(jié)合我們的焊接工藝評定試驗,我們制定了實際的焊接參數(shù)范圍,見表5。表5 　Ocr25Ni20合金鋼管焊接參數(shù)一覽表焊層焊接方法電源極性焊接材料焊接電流(A) 電弧電壓(V) 氣體流量(L/ min) 焊槍 管內(nèi)焊接速度 (mm/ min) 1 Ti G 直流反極 HOCr26Ni21 65～75 12～18 8～12 10～14 80～100 ≥2 SMAW 直流反極 A402 85～110 19～21 10～14 120～140

5 　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。

5. 1 　焊前檢驗

5. 1. 1 　基本金屬(母材) 的檢驗 　主要是校核質(zhì)量證明書的材料型號、規(guī)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(guān)標準的要求,并根據(jù)施工規(guī)范的要求,對每種規(guī)格的管子及管件進行了光譜試驗,確認材質(zhì)/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(zhì)量證明書及檢查焊材的外觀質(zhì)量,對其中的A402 焊條還增加了藥皮質(zhì)量的檢查項目,符合 GB983 - 95 標準及焊接規(guī)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(wǎng)路電壓及其波動等是否符合相關(guān)標準及現(xiàn)行規(guī)范和焊接作業(yè)指導書的要求。
5. 1. 5 　坡口兩側(cè)的清理寬度、質(zhì)量檢查　主要是檢查其寬度在坡口兩則50 mm范圍內(nèi)坡口表面應無雜質(zhì), 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(yè)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(xiàn)場用錯焊接材料,檢查焊材型號和規(guī)格與工藝規(guī)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(fā)現(xiàn)的缺陷應去除后方可進行焊接。
5. 2. 3 　焊接工藝參數(shù)檢驗　包括焊接電流、電壓、焊速、焊條和焊絲直徑, 焊接層數(shù)、焊接順序、電源及極性,檢查的依據(jù)是焊接作業(yè)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(guī)定進行,焊縫表面缺陷用放大鏡或目測檢查,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(zhì)量,對局部進行射線探傷的焊縫,其外觀質(zhì)量不低于 GB50236 - 98 的規(guī)定的 Ⅲ級,對不要求進行無損檢驗的焊縫, 其外觀質(zhì)量不低于 GB50236 - 98 中規(guī)定的Ⅳ級。
5. 3. 3 　無損檢測　對接焊縫內(nèi)部體積型缺陷,對設計規(guī)定要求探傷的, 按規(guī)定的比例用 X 射線檢測, 按 JB4730 - 94 Ⅱ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其它檢驗項目己完全合格后,用液體做強度試驗。

6 　結(jié)論

　　雖然高鎳合金管的可焊性差, 但我們?yōu)榇_保 Ocr25Ni20合金鋼管道的焊接質(zhì)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(shù)要求,進行焊接過程控制,焊接檢驗等方面都嚴格把關(guān),有效保證了焊接質(zhì)量。通過對設計要求需進行拍片的氫氣介質(zhì)管線對接的68 道焊口進行 X射線檢驗,按JB4730 - 94 Ⅱ級片要求,全部合格,焊接拍片一次合格率達到100 %。對設計規(guī)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(jīng)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(jiān)理方、業(yè)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。