西安不銹鋼管道的焊接技術(shù)及質(zhì)量控制

尿素裝置具有高溫、高壓、易燃、易爆和易腐蝕等特點(diǎn)，屬特別危險(xiǎn)生產(chǎn)區(qū)域。尿素生產(chǎn)中的介質(zhì)有液氨、氨水、CO2、尿素溶液和尿素甲銨溶液等。其中，腐蝕性*強(qiáng)的介質(zhì)是高溫高(中)壓下的甲銨液和尿素甲銨液，對(duì)材料產(chǎn)生多種腐蝕。尿素裝置工程管道是重點(diǎn)，應(yīng)用于甲銨液和尿素甲銨液等主要工藝介質(zhì)管道的尿素級(jí)不銹鋼管道的焊接則是重中之重。本文結(jié)合實(shí)踐，回納論述了尿素級(jí)不銹鋼焊接的質(zhì)量控制。

一、尿素級(jí)不銹鋼簡(jiǎn)介

用于尿素高壓圈的奧氏體不銹鋼形成了不同于常規(guī)的奧氏體不銹鋼，尿素級(jí)奧氏體不銹鋼材料的化學(xué)成分符合德國(guó)不銹鋼材料標(biāo)準(zhǔn)中材料號(hào)1.4435(317L)1.4429(00Grl7Nil 3M02N)或美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AISI 316L的要求，但對(duì)Cr、Ni、Mo的*低含量另外做了限制，其目的是通過(guò)化學(xué)成分的控制使不銹鋼在**熱處理后(包括焊接熔敷金屬)能獲得全奧氏體組織，并使鐵素體的含量不超過(guò)0.6％。此外，對(duì)晶間腐蝕傾向試驗(yàn)(休氏試驗(yàn))和選擇性腐蝕提出了要求。這類(lèi)不銹鋼材料通常稱(chēng)為尿素級(jí)(Urea Grade)316L或改良型(Mod)316L，尿素級(jí)或改良型奧氏體不銹鋼廣泛用于尿素高壓設(shè)備以及相應(yīng)的管道。國(guó)外一些有名的不銹鋼廠商均生產(chǎn)尿素級(jí)316L不銹鋼，其中*有影響的是荷蘭斯太米卡邦公司的316Lmod，其他有瑞典Sandvk公司的3R60uG、Avesta公司的832sKRN，日本神戶(hù)制鋼所的KES-UI。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的一些尿素級(jí)不銹鋼還不能完全滿足質(zhì)量要求，尿素裝置用尿素級(jí)不銹鋼材料主要來(lái)源于進(jìn)口。

二、尿素級(jí)不銹鋼焊接性分析

一般說(shuō)來(lái)，尿素級(jí)不銹鋼與其他奧氏體不銹鋼一樣有比較好的焊接性能，但由于焊接過(guò)程是一個(gè)在短時(shí)間內(nèi)完成的復(fù)雜冶金過(guò)程，焊接接頭(包括熔敷金屬、熔合線及熱影響區(qū))的力學(xué)性能、金相組織及耐腐蝕性能總是難于達(dá)到母材的水平。焊縫是一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)，很多設(shè)備的腐蝕和損壞經(jīng)常發(fā)生在焊縫四周，因此正確選用焊接材料和制訂公道的焊接工藝在尿素設(shè)備制造中是一個(gè)很重要的題目。

尿素級(jí)不銹鋼為純奧氏體不銹鋼，純奧氏體不銹鋼在焊接時(shí)輕易產(chǎn)生熱裂紋，這種裂紋屬于結(jié)晶裂紋，發(fā)生在高溫狀態(tài)，常溫下不再擴(kuò)展。熱裂紋產(chǎn)生的原因是由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小、膨脹系數(shù)大，延長(zhǎng)了焊縫金屬在高溫區(qū)的停留時(shí)間，增加了焊縫在高溫時(shí)經(jīng)受的拉伸應(yīng)變。另外，純奧氏體焊縫的晶問(wèn)往往存在低熔點(diǎn)的夾雜物，在凝固結(jié)晶后期以液態(tài)膜的形式存在于奧氏體晶粒之間，在一定的拉應(yīng)力下開(kāi)裂并擴(kuò)展形成晶間裂紋，能形成低熔點(diǎn)夾雜物的元素有S、P等。防止純奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋產(chǎn)生可以采用很多措施，如進(jìn)步焊縫中Mn的含量，ωMN=4％～6％時(shí)對(duì)防止熱裂紋相當(dāng)有效，嚴(yán)格限制焊縫中s、P等雜質(zhì)元素含量。在焊接時(shí)進(jìn)步焊接熔池的冷卻速度，在工藝上采取相應(yīng)措施如短弧焊、低熱輸進(jìn)、窄焊道技術(shù)等以加快熔池冷卻，對(duì)防止焊接熱裂紋都是有效的。

尿素級(jí)不銹鋼是單相的奧氏體組織，但在鋼種標(biāo)準(zhǔn)成分規(guī)定的范圍內(nèi)，由于成分配比和生產(chǎn)工藝控制過(guò)程的不同往往可能存在少量的鐵素體，由于鐵素體在尿素介質(zhì)中輕易產(chǎn)生相的選擇性腐蝕，尿素級(jí)不銹鋼(包括焊接熔敷金屬)要求鐵素體含量不超過(guò)0.6％。

通過(guò)以上分析可以看出，在尿素級(jí)不銹鋼焊接時(shí)有兩個(gè)關(guān)鍵控制內(nèi)容：鐵素體含量和焊接熱裂紋。

三、尿素級(jí)不銹鋼焊接技術(shù)和質(zhì)量控制措施

  1．材料的驗(yàn)收、保管

  材料必須具有材料試驗(yàn)報(bào)告和合格證。

  管道、管道組成件逐件測(cè)定鐵素體含量。檢驗(yàn)設(shè)備采用鐵素體丈量?jī)x，鐵素體含量檢驗(yàn)前，應(yīng)將被檢測(cè)部位及檢測(cè)探頭用丙酮或酒精清洗干凈，再進(jìn)行檢測(cè)；檢測(cè)過(guò)程中，要常清洗檢測(cè)探頭，確保其不受鐵索體的污染，以保證檢測(cè)結(jié)果的正確性。鐵素體含量分歧格的管道及管道組成件和焊接材料嚴(yán)禁投進(jìn)施工。

    經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格的原材料及焊材的保管要求設(shè)專(zhuān)庫(kù)進(jìn)行同一治理，不答應(yīng)與其他材料接觸。對(duì)檢驗(yàn)合格的不銹鋼材料，應(yīng)作確認(rèn)標(biāo)記。在施工過(guò)程中應(yīng)將該標(biāo)記移植到零件的明顯部位。使用不含金屬顏料、硫化物或氯離子含量≤25mg／L的防水墨水或油漆等在不銹鋼上書(shū)寫(xiě)標(biāo)記。

    焊條、焊絲等焊接材料的按爐(批)號(hào)檢驗(yàn)鐵素體含量。有疑問(wèn)時(shí)進(jìn)行化學(xué)成分分析、鐵素體含量測(cè)定、晶問(wèn)腐蝕傾向試驗(yàn)、選擇性腐蝕檢查及金相檢查。

  2．焊接方法

  壁厚≤8mm，采用全氬弧焊焊接；壁厚>8mm，采用氬弧焊與焊條電弧焊相結(jié)合焊接，氬弧焊打底焊接兩層，其余各層采用焊條電弧焊，只能采用窄的堆焊焊縫。氬弧焊時(shí)管內(nèi)充氬保護(hù)。

    采用氬孤焊的接頭其耐蝕性比焊條電弧焊要好，由于氬弧焊焊接熔池的保護(hù)比焊條電弧焊好，焊縫質(zhì)量高，同時(shí)氬弧焊的熱輸進(jìn)低對(duì)焊縫及熱影響區(qū)的敏化作用小，減小產(chǎn)生裂紋的可能性。

 3．焊接材料

    焊材的正確使用是保證尿素級(jí)超低碳不銹鋼焊接質(zhì)量的條件。尿素級(jí)不銹鋼為單相奧氏體組織，因此必須使用純奧氏體焊材進(jìn)行焊接。一般采用25—22-2型焊接材料，可以取得比較理想的效果。

    建立嚴(yán)格的保管、烘下、發(fā)放和回收制度，使焊材從進(jìn)庫(kù)到回收均能全過(guò)程追蹤。焊材領(lǐng)用由施焊焊_T填寫(xiě)焊材領(lǐng)用申請(qǐng)單，由焊接技術(shù)員審核后保管員按單發(fā)放。領(lǐng)用焊條時(shí)必須使用保溫簡(jiǎn)，同一保溫筒內(nèi)不答應(yīng)同時(shí)裝有兩種及以上的焊條，防止錯(cuò)用。在整個(gè)施工過(guò)程中焊材的發(fā)放與使用要處于受控狀態(tài)。

 4．焊接工藝評(píng)定

  產(chǎn)品施焊前嚴(yán)格進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。焊接過(guò)程中記錄所有焊接數(shù)據(jù)(例如：安培、伏特、交流、直流、極性)以及焊接材料的型號(hào)和直徑、惰性氣體流量(保護(hù)氣和背面保護(hù)氣)、焊接設(shè)備的型號(hào)、鎢極直徑、噴嘴內(nèi)徑等各項(xiàng)相關(guān)內(nèi)容。

    評(píng)定試驗(yàn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、面彎試驗(yàn)、根彎試驗(yàn)、焊縫橫斷面的金相檢查、休氏試驗(yàn)等。

  5．焊接職員要求

  焊接尿素級(jí)不銹鋼的焊工必須具有相應(yīng)的資質(zhì)，且要有經(jīng)驗(yàn)、受過(guò)良好培訓(xùn)，并熟悉不銹鋼焊接。

  6．不銹鋼焊接坡口的制備

  尿素級(jí)不銹鋼管主要采用機(jī)械加工方法制備焊接坡口。厚壁管主要采用下圖所示的坡口形式，這樣可減小熱輸進(jìn)和焊接變形，有利于焊縫的耐蝕性。

    加工好的坡口表面須經(jīng)鐵素體含量測(cè)定及滲透檢測(cè)。

    坡口必須平整清潔，任何雜質(zhì)(如水、銹、油污以及油漆等)都會(huì)對(duì)焊縫質(zhì)量造成有害的影響。必要時(shí)采用丙酮等有機(jī)溶劑清洗。焊接過(guò)程中也要保持焊道及整個(gè)焊接區(qū)域的清潔干凈，這一條對(duì)尿素級(jí)不銹鋼的焊接很重要。

 7．焊接技術(shù)措施

  焊接應(yīng)盡可能減小熱輸人，減輕焊接接頭的敏化程度，從而進(jìn)步耐蝕性。因此要求采用多層多道窄焊道焊接工藝，采用小熱輸進(jìn)、短電弧、不擺動(dòng)或小擺動(dòng)的焊接方法。

    多層焊時(shí)，每焊完一層焊縫，必須徹底打磨清渣，打磨引弧收弧處很重要。經(jīng)質(zhì)量檢查合格后方可進(jìn)行下一層焊接。多層焊的層問(wèn)接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。

    嚴(yán)格控制層間溫度，層問(wèn)溫度不超過(guò)100℃。層問(wèn)溫度可采用紅外線丈量?jī)x檢測(cè)。

    8．焊接檢驗(yàn)

    鋼管直徑~40mm，**焊接后檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查、滲透檢查(對(duì)于對(duì)接焊縫采用射線檢測(cè)代替滲透檢測(cè))。

    鋼管直徑>40ram，壁厚≤5mm的焊縫，**焊接后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查(如有可能檢查管內(nèi)焊縫)、滲透檢測(cè)以及射線檢測(cè)100％。

    鋼管直徑>40mm，壁厚>5mm的焊縫檢查：

    (1)打底焊層和層填充焊接后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查(如有可能檢查管內(nèi)焊縫)、滲透檢測(cè)。

    (2)**層填充焊后應(yīng)做如下檢查：外觀檢查、滲透檢測(cè)、射線檢測(cè)100％。

    (3)**焊接后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查、滲透檢測(cè)以及射線檢測(cè)100％。

  9．施工過(guò)程中的保護(hù)

  316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道預(yù)制*好在專(zhuān)用車(chē)問(wèn)進(jìn)行，車(chē)間內(nèi)不同時(shí)進(jìn)行其他鋼種施工作業(yè)。預(yù)制平臺(tái)用碳鋼鋼板制作，但必須在平臺(tái)上平展上木板、石棉板或橡膠皮，其預(yù)制平臺(tái)要求干凈。不論是存放在預(yù)制車(chē)問(wèn)還是臨時(shí)堆放在施工現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)制管段，都應(yīng)在其底部平展上石棉板或橡膠皮；且預(yù)制管段應(yīng)及時(shí)清掃封閉。

    施工過(guò)程中應(yīng)防止胎具、工夾具、電弧以及飛濺等損傷材料表面，對(duì)影響耐腐蝕性能的損傷必須修磨，修磨深度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

    施工過(guò)程中應(yīng)防止水、銹、油污、油漆以及含氯離子物料等污染。焊接區(qū)域內(nèi)不答應(yīng)同時(shí)進(jìn)行涂漆作業(yè)。

    施工過(guò)程中不答應(yīng)在不銹鋼件上焊接非尿素用不銹鋼件。若需要焊接工藝裝配用臨時(shí)件、夾具等應(yīng)使用同種不銹鋼材料。往除臨時(shí)焊接件和臨時(shí)支撐時(shí)，只能使用專(zhuān)用不銹鋼砂輪片捫‘磨鏟除。清理焊縫時(shí)不答應(yīng)使用普通鋼絲刷，需要使用不銹鋼刷清理。

四、結(jié)語(yǔ)

  尿素級(jí)不銹鋼焊接焊接工藝要求高，焊接工藝評(píng)定、焊工培訓(xùn)考試、公道的焊接工藝及嚴(yán)格的過(guò)程質(zhì)量控制是優(yōu)良焊接質(zhì)量的保證。

    實(shí)踐證實(shí)：在進(jìn)行尿素級(jí)不銹鋼管接頭焊接時(shí)，只有在以上環(huán)節(jié)加以良好控制，才能確保焊接質(zhì)量，滿足產(chǎn)品使用要求。