厚壁不銹鋼管焊接工藝研究

魯海龍

摘 ?要：論述A312TP321不銹鋼厚壁管道的焊接方法及焊后經穩(wěn)定化處理的焊接工藝評定過程;分析焊接工藝參數(shù)對焊接接頭力學性能、耐腐蝕性能的影響。通過試驗，確定了合理的焊接和穩(wěn)定化處理工藝，制作出滿足設計與使用要求的焊接產品。

關鍵詞：不銹鋼;焊接工藝;穩(wěn)定化;性能

中圖分類號：TG457.11 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）35-0096-02

Abstract： This paper discusses the welding technology of A312TP321 stainless steel thick-walled pipe and the welding process evaluation process after stabilization. The influence of welding process parameters on the mechanical properties and corrosion resistance of welded joints is analyzed. Through testing， a reasonable welding and stabilization process was determined， and a welding product was produced to meet the design and use requirements.

Keywords： stainless steel; welding process; stabilization; property

前言

中油吉林化建公司承建的四川石化蠟油加氫裝置管道中，A312TP321不銹鋼厚壁管按設計要求壁厚范圍為5～66mm，溫度大于350℃時，需進行溫度900±10℃穩(wěn)定化處理，且穩(wěn)定化處理后焊接接頭力學性能、耐腐蝕性能滿足使用要求[1]。本次焊接工藝評定采用兩種方式進行：采用規(guī)格為Ф508×50mm的A312TP321材質，按相關規(guī)范和標準完成施焊后，將試件二分之一切割，取編號為1#和2#，其中，1#試件探傷后不做穩(wěn)定化處理;2#試件探傷后進行穩(wěn)定化處理，分析焊接和熱處理工藝對兩組試件焊接接頭性能的差異。

1 母材化學成分及焊接性分析

本次評定中母材選用ASME標準中 A312TP321材質管材，規(guī)格為Ф508×50mm，化學成分見表1。

A312TP321材質焊接性較好，具有不銹鋼物理性能特點。焊接過程中，由于導熱系數(shù)小、厚壁較厚散熱較難等因素影響，焊接接頭在敏化溫度區(qū)間（450～850℃）停留時間較長，易形成粗大的鑄態(tài)組織[2]，且在晶界上易析出大量碳化鉻（Cr23C6），降低不銹鋼的耐蝕性，造成晶間腐蝕;同時焊縫受殘余拉應力影響，熱輸入量較大時熱裂紋的傾向較為明顯[3-4]。因此，焊接材料和工藝選擇不當時，易出現(xiàn)熱裂紋、晶間腐蝕和應力腐蝕等缺陷。

2 焊接方法與材料

A312TP321不銹鋼焊接常采用氬電聯(lián)焊方法。鎢極氬弧焊線能量小，能夠避免焊接過程中熱輸入量高導致焊接接頭性能下降，產生熱裂紋，但生產效率低，適合于打底焊;焊條電弧焊效率相對較高，熱影響區(qū)小，有利于保證焊接接頭質量。根據(jù)高壓臨氫管道設計要求焊接材料選擇應與母材化學成分、性能相近的材料，才能保證焊后的焊接接頭的力學性能、耐腐蝕性能符合要求，因此，本次焊接工藝評定焊絲采用H08Cr20Ni10Nb，焊條為A137或A132。

3 焊接工藝實施要求

A312TP321不銹鋼厚壁管道焊接關鍵在于采用小線能量和較快的冷卻速度，減少焊接熱影響區(qū)和敏化溫度范圍停留時間，防止焊接接頭出現(xiàn)碳化物析出敏化、熱裂紋和脆化等焊接缺陷。鎢極氬弧焊焊接電流控制在110-140A，正面、背面采用相同的流量（15～20L/min）進行保護，焊絲前端應置于保護氣體中，焊前嚴格清理雜質，對于A312TP321不銹鋼厚壁管道應在焊縫背面吹氬氣加以保護，并促進背面成形。

焊條電弧焊焊接電流控制在110～130A，焊接過程中焊條不作橫向擺動，焊道的寬度不超過直徑的2.5倍，短弧焊、收弧慢。焊接采用多層多道焊，每層厚度不大于3mm，嚴格控制道間溫度，每一焊道完成后不僅要徹底清除焊道表面的焊渣和周圍的飛濺物、防飛濺涂料，以及消除氣孔、夾渣等表面缺陷，而且后焊道應在前焊道冷卻至60℃以下再施焊，盡量避免碳化物的析出和形成粗大的奧氏體組織。在焊接過程中及時調整焊接順序，使焊接變形控制在允許的范圍之內。管道焊接不能在坡口以外的地方引弧和收弧，確保引弧與收弧處的質量，弧坑應填滿，并用砂輪將收弧處修平整。

4 焊后熱處理

A312TP321不銹鋼厚壁管道焊縫經穩(wěn)定化處理后，焊縫可能出現(xiàn)再熱裂紋。穩(wěn)定化處理前經無損探傷檢測合格后，將管道加熱區(qū)表面清理干凈后，采用電加熱法處理，同時采用熱電偶測溫監(jiān)控，保證試件溫度控制在900±10℃之間。測溫點不應少于兩個，確保加熱過程中加熱溫度分布均勻和準確地控制熱處理溫度。

5 焊接評定結果

每類檢測分別在1#和2#試件上截取4個試樣，拉伸和彎曲試驗檢測按照NB/47014-2011要求進行，晶間腐蝕試驗按GB/T4334-2008中方法E在硫酸-硫酸銅溶液中，連續(xù)煮沸16小時，用5mm壓頭彎曲180℃后，用10倍放大鏡觀察，觀察是否有晶間腐蝕裂紋產生。

對比評定的結果顯示焊后經穩(wěn)定化處理的試樣性能不能滿足設計要求，分析主要原因是焊接過程中厚壁不銹鋼管散熱慢，焊縫在高溫停留時間較長，穩(wěn)定化處理過程中出現(xiàn)大量碳化物及脆性相析出，導致力學性能和抗晶間腐蝕性能下降[5]。因此，在設計要求穩(wěn)定化處理條件不變的條件下，調整焊接工藝通過對道間溫度、冷卻方式、道間冷卻方式因素進行調整，采用改變單一參數(shù)反復試驗，試驗結果見表4。

通過以上數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，影響焊接接頭性能主要因素為道間冷卻方式，采用急冷方式快速將整個焊件溫度降至常溫，能夠避免脆性相及碳化物的析出及粗大的鑄態(tài)組織形成，獲得晶粒細小的奧氏體組織，綜合性能較好，能夠滿足設計要求。

6 結束語

隨著石油、化工裝置大型化的發(fā)展，高溫、高壓、臨氫裝置中厚壁不銹鋼管應用將更為廣泛，焊接質量直接影響其使用安全性，因此厚壁不銹鋼管的焊接技術顯得更為重要。試驗發(fā)現(xiàn)，通過控制焊接道間溫度，避免敏化溫度停留時間過長是提高厚壁不銹鋼管焊接質量的有效措施，但由于每道均需要急速冷卻，焊接過程時間較長，生產效率低，增加生產成本。因此，采用線能量小的焊接方法，降低焊接熱輸入量，控制脆性相和碳化物析出，才是解決厚壁不銹鋼管焊接技術的根本措施。

參考文獻：

[1]王遲.加氫裝置TP321奧氏體不銹鋼管焊接工藝[J].石油和化工設備，2011，14（3）：18-20.

[2]周桂芬.不銹鋼厚壁管焊接工藝試驗研究[J].熱加工工藝，2013，42（23）：199-201.

[3]何蘇華.TP321厚壁臨氫管道焊接技術[J].山西化工，2018，38（4）：65-69.

[4]趙珍祥.TP321不銹鋼臨氫管道焊接探討[J].化工設備與管道，2009，46（5）：63-66.

[5]胡亞運.含穩(wěn)定化元素的不銹鋼管道焊后熱處理效果的評價與研究[D].北京：北京工業(yè)大學，2016.