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(wèn)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(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕也是不容忽視的問(wèn)題,鋼管公司(http://www.jmdakun.com/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(shè)計(jì)、焊接技術(shù)要求及焊接檢驗(yàn)等,并通過(guò)實(shí)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(duì)接焊口共68 個(gè)。鋼管的化學(xué)成份及機(jī)械性能見(jiàn)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(yīng)主要從三個(gè)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(kāi)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(diǎn)應(yīng)放在材料的抗裂問(wèn)題上。因此焊接工藝設(shè)計(jì)、焊接技術(shù)要求、焊接檢驗(yàn)措施,應(yīng)圍繞材料的抗裂問(wèn)題兼顧防止應(yīng)力腐蝕和防止晶間腐蝕去進(jìn)行。表1 　Ocr25Ni20合金鋼管化學(xué)成份和機(jī)械性能化學(xué)成分( %) 機(jī)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(shí)靠近熔池的熱影響區(qū)被加熱到接近熔點(diǎn),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(dǎo)熱快,因而熱影響區(qū)被迅速冷卻下來(lái),整個(gè)焊接過(guò)程與淬火、正火、回火類似。

2. 1 　焊接缺陷特性一

　　Ocr25Ni20 焊接時(shí)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(yīng)力的作用下發(fā)生開(kāi)裂;
　�、诙嘧兓鸭y: 已凝固的結(jié)晶前沿,在高溫和應(yīng)力的作用下晶格缺陷發(fā)生移動(dòng)和聚集,形成二次邊界,它在高溫處于低塑性狀態(tài),在應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋;
　�、垡夯鸭y: 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(diǎn)層間發(fā)生重熔,在應(yīng)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(kāi)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(diǎn)之間;

　　產(chǎn)生熱裂紋的原因: ①有冶金的因素,如化學(xué)成份、組織偏析和高溫塑性; ②力的因素如冷卻時(shí)的收縮應(yīng)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(shí)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(guò)熱缺陷,該組織中鐵素體或滲碳體的針片,使鋼的強(qiáng)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(kāi)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(yīng)力作用大,該鋼合金元素濃度高、導(dǎo)熱性差,內(nèi)外溫差大,應(yīng)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(shè)計(jì)

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(xì)化 (A402 中含有0. 05 %的Mo 元素) ;采用小電流短電弧不擺動(dòng)或小擺動(dòng)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(shí)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(qiáng)迫冷卻措施。
3. 1. 2 　防止脆化的措施　嚴(yán)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(shí)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(qiáng)迫冷卻措施縮短焊縫處于高溫的停留時(shí)間,防止晶間腐蝕的產(chǎn)生。
3. 1. 4 　防止應(yīng)力腐蝕的措施 　改進(jìn)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(lái)減緩或防止焊縫金屬的應(yīng)力腐蝕。

3. 2 　焊接工藝評(píng)定

　　為驗(yàn)證擬定的工藝的正確性,我們按《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》 GB50236 - 98 和JB4708 - 92《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行水平固定和垂直固定兩焊接位置的焊接工藝評(píng)定。

3. 3 　焊接工藝要點(diǎn)見(jiàn)表2 焊接工藝表表2 　焊接工藝表項(xiàng) 目材 質(zhì) Ocr25Ni20 原材料檢驗(yàn) 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(jī)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(hù) 充氬保護(hù)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(yàn)對(duì)到貨的Ocr25Ni20 的管子及管件除從質(zhì)量證明書(shū)及外觀等二方面進(jìn)行檢驗(yàn)外、還按 GB50235 - 97、 HG20225 - 95 規(guī)定進(jìn)行100 %的光譜分析,確認(rèn)材質(zhì)/鋼號(hào)/牌號(hào)/鋼級(jí)無(wú)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(duì)焊材進(jìn)行干燥及清理, 確保了焊材質(zhì)/鋼號(hào)/牌號(hào)/鋼級(jí)量,符合 GB4242 - 84 ;焊條A402Φ3. 2 符合 GB983 - 95 的標(biāo)準(zhǔn)要求。該焊絲焊條焊接時(shí)熔渣少,操作性能好,焊條焊絲的化學(xué)成分與母材基本相同,為了控制裂紋,焊條焊絲的化學(xué)成份當(dāng)中有一定含量的Mn。焊絲、焊條的化學(xué)成份及熔敷金屬的力學(xué)性能分別見(jiàn)表 3、表4。表3 　焊絲、焊條的化學(xué)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(xué)性能名稱 抗拉強(qiáng)度σ b (MPa) 屈服強(qiáng)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(diǎn)

(1) 按4. 3. 1 的要求仔細(xì)清理管口及焊絲。
(2) 焊接時(shí)管內(nèi)充 Ar 保護(hù), 氣體純度應(yīng) ≥99. 98 %,厚壁管至少采用氬氣保護(hù)兩遍, 角焊縫背面用 Ar 跟蹤保護(hù),保護(hù)氣體流量見(jiàn)焊接參數(shù)一覽表。
(3) 坡口焊時(shí),管子坡口邊緣的膠布應(yīng)反貼。
(4) 為防止?jié)B碳,禁止將管子直接放在碳鋼件上, 而應(yīng)放在木方和不銹鋼墊板上,焊工所用的鋼絲刷及錘子應(yīng)為不銹鋼材質(zhì)/鋼號(hào)/牌號(hào)/鋼級(jí)。
(5) 為保持合適的空冷速度,全部活動(dòng)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(fēng)、防雨措施。
(6) 組對(duì)應(yīng)避免強(qiáng)力組對(duì),管件組對(duì)時(shí),內(nèi)壁錯(cuò)邊量應(yīng)≤0. 5 mm。
(7) 所有焊機(jī)應(yīng)帶有高頻控制箱,焊接時(shí)使用高頻引弧,嚴(yán)禁鎢極直接接觸母材引弧,焊接熄弧時(shí),應(yīng)填滿弧坑,并應(yīng)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(diǎn),填滿弧坑降下電流,直到焊口冷卻才能切斷Ar 保護(hù)。
(9) 焊接時(shí),焊絲的加熱端應(yīng)置于Ar 的保護(hù)中,每層焊道的接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi),每一焊道完成后均應(yīng)清除焊道表面的熔渣,并進(jìn)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(gòu)到的管材和結(jié)合我們的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn),我們制定了實(shí)際的焊接參數(shù)范圍,見(jiàn)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(yàn) Ocr25Ni20合金鋼管的焊接過(guò)程,在以下三個(gè)階段進(jìn)行了檢驗(yàn)。

5. 1 　焊前檢驗(yàn)

5. 1. 1 　基本金屬(母材) 的檢驗(yàn) 　主要是校核質(zhì)量證明書(shū)的材料型號(hào)、規(guī)格、爐批號(hào)、幾何尺寸和相應(yīng)的化學(xué)成份及力學(xué)性能是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求,并根據(jù)施工規(guī)范的要求,對(duì)每種規(guī)格的管子及管件進(jìn)行了光譜試驗(yàn),確認(rèn)材質(zhì)/鋼號(hào)/牌號(hào)/鋼級(jí)無(wú)誤后才用于工程中。
5. 1. 2 　焊材檢驗(yàn)　對(duì)焊絲及焊條主要是核對(duì)出廠質(zhì)量證明書(shū)及檢查焊材的外觀質(zhì)量,對(duì)其中的A402 焊條還增加了藥皮質(zhì)量的檢查項(xiàng)目,符合 GB983 - 95 標(biāo)準(zhǔn)及焊接規(guī)范要求后才用于焊接過(guò)程。
5. 1. 3 　焊接用氣體的檢驗(yàn)　主要是檢驗(yàn)核對(duì)氣瓶標(biāo)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(yàn)　主要是核對(duì)焊工合格證上的合格項(xiàng)目是否滿足實(shí)際焊接的要求,核對(duì)焊接電源及容量、焊接工裝設(shè)備的完好性、網(wǎng)路電壓及其波動(dòng)等是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)行規(guī)范和焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)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(yīng)無(wú)雜質(zhì), 不得有夾渣、裂紋、加工損傷等; 坡口組對(duì)間隙、鈍邊、錯(cuò)邊量、坡口角度等應(yīng)符合焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的要求。

5. 2 　焊接過(guò)程檢驗(yàn)

5. 2. 1 　復(fù)核焊接材料　主要是防止焊接現(xiàn)場(chǎng)用錯(cuò)焊接材料,檢查焊材型號(hào)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(yīng)清除渣皮進(jìn)行檢查,對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷應(yīng)去除后方可進(jìn)行焊接。
5. 2. 3 　焊接工藝參數(shù)檢驗(yàn)　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(dǎo)書(shū)。

5. 3 　焊后檢驗(yàn)

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(jìn)行焊縫外觀檢查。
5. 3. 2 焊后外觀檢驗(yàn) 　主要是按 GB50236 - 98 及 JB4708 - 92 的規(guī)定進(jìn)行,焊縫表面缺陷用放大鏡或目測(cè)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(yàn)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(duì)局部進(jìn)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(jí),對(duì)不要求進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)的焊縫, 其外觀質(zhì)量不低于 GB50236 - 98 中規(guī)定的Ⅳ級(jí)。
5. 3. 3 　無(wú)損檢測(cè)　對(duì)接焊縫內(nèi)部體積型缺陷,對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)定要求探傷的, 按規(guī)定的比例用 X 射線檢測(cè), 按 JB4730 - 94 Ⅱ級(jí)合格,對(duì)角焊縫用滲透探傷檢驗(yàn)表面開(kāi)口的缺陷等。
5. 3. 4 　焊接接頭強(qiáng)度檢驗(yàn)　在焊接接頭全部完成且其它檢驗(yàn)項(xiàng)目己完全合格后,用液體做強(qiáng)度試驗(yàn)。

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(gè)方面嚴(yán)格管理。從焊接特性分析入手到焊接工藝設(shè)計(jì)、焊前準(zhǔn)備落實(shí)焊接技術(shù)要求,進(jìn)行焊接過(guò)程控制,焊接檢驗(yàn)等方面都嚴(yán)格把關(guān),有效保證了焊接質(zhì)量。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求需進(jìn)行拍片的氫氣介質(zhì)管線對(duì)接的68 道焊口進(jìn)行 X射線檢驗(yàn),按JB4730 - 94 Ⅱ級(jí)片要求,全部合格,焊接拍片一次合格率達(dá)到100 %。對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)定不要求進(jìn)行探傷的對(duì)接口和角焊縫(液體滲透檢驗(yàn)全合格后) 的焊接接頭經(jīng)水壓強(qiáng)度檢(試) 驗(yàn)合格,外觀成型良好,全部達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求,受到日方專家、監(jiān)理方、業(yè)主的一致好評(píng)。Ocr25Ni20高鎳合金鋼管的焊接成功填補(bǔ)了我公司焊接方面的一項(xiàng)空白。