奧氏體不銹鋼管道安裝焊接工藝

步兆雪

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，不銹鋼在航空、石油化工，和原子能等工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。奧氏體不銹鋼具有較好的穩(wěn)定性。但在石油化工管道的安裝，檢修中、所遇到不銹鋼的焊接性問題也是層出不窮，我們往往由于對(duì)奧氏體不銹鋼的焊接性缺乏了解，造成一些不必要的焊接缺陷導(dǎo)致設(shè)備利用率，耐蝕性降低，及達(dá)不到原有設(shè)計(jì)所需要的使用性能等缺陷。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼 管道 電廠建設(shè) 質(zhì)量控制

在當(dāng)前的化工生產(chǎn)建設(shè)過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同材質(zhì)管道進(jìn)行異種焊接作業(yè)的情況，同時(shí)由于大部分的化工管道工作環(huán)境經(jīng)常以高壓高溫條件為主，因此對(duì)于焊接作業(yè)的質(zhì)量有著較高的要求，同時(shí)不同類型的不銹鋼在焊接過程中也會(huì)受到材質(zhì)差異性的影響，因此如何在異種焊接過程中選擇正確的焊接工藝以提升焊接質(zhì)量，是當(dāng)前化工領(lǐng)域在技術(shù)研發(fā)過程中需要注重的主要問題。

一、奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)

1.1奧氏體不銹鋼焊接接頭熱裂紋

（1） 奧氏體不銹鋼的熱導(dǎo)率相對(duì)較低。通常，w（C）為 1%的普通碳鋼的熱導(dǎo)率為 45W/（m.K），而不銹鋼的熱導(dǎo)率僅為 16W（m-K）。由于奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)大，在焊接過程中，在局部加熱和冷卻條件下，可能會(huì)產(chǎn)生高拉伸應(yīng)力。 （2）奧氏體不銹鋼的液相線和固相線范圍大，結(jié)晶時(shí)間長(zhǎng)，容易導(dǎo)致有害雜質(zhì)如低熔點(diǎn) S和 P的分離。低熔點(diǎn)雜質(zhì)在晶界處的分離形成低熔點(diǎn)晶間液膜。在凝固過程中，低熔點(diǎn)晶間液膜在拉伸應(yīng)力的作用下易于破裂。（3） 奧氏體鋼和焊接金的成分更為復(fù)雜。不僅雜質(zhì)（如 S和 P）可以形成低熔點(diǎn)晶間液膜，而且某些合金元素（如 Si和 Nb）由于溶解度有限.還易于形成可溶性低共熔物，如硅化物共晶，鈮化物共晶。這些共晶在彈性應(yīng)力下也容易開裂。

1.2奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐腐蝕性

保持在 400C～850C或緩慢冷卻，奧氏體不銹鋼會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕破壞。這是由于晶界處 Cr23C6的富 Cr沉淀引起的，這導(dǎo)致周圍的基體形成較差的 Cr區(qū)域。碳含量越高，晶間腐蝕的趨勢(shì)越大。當(dāng)焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，焊縫和熱影響區(qū)的晶間腐蝕特別嚴(yán)重，這可能導(dǎo)致晶粒剝落和鋼零件變脆。此外，由奧氏體不銹鋼制成的焊接接頭也容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂和凹坑腐蝕。

1.3奧氏體不銹鋼焊縫的脆化

（1）焊縫金屬低溫脆化。當(dāng)在低溫下使用奧氏體不銹鋼的焊接接頭時(shí)，焊縫金屬的可塑性是--個(gè)主要問題，并且焊縫中鐵素體的存在會(huì)導(dǎo)致焊縫塑料大量下落。因此，在低溫下工作的焊接奧氏體鋼應(yīng)為純奧氏體焊接，并且可以通過選擇純奧氏體焊條并制定合理的焊接工藝來獲得純奧氏體焊接。

二、焊接準(zhǔn)備

2.1材料選擇

做好焊接準(zhǔn)備工作是技術(shù)應(yīng)用的前提，需要對(duì)相關(guān)焊接材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，實(shí)際中應(yīng)用的焊接材料主要是焊線和焊條，通常焊條需要經(jīng)過 350"C的高溫烘干，需要持續(xù) 1h以上。同時(shí)，在焊條使用過程中，需要在 80耀120"（2的保溫裝置中進(jìn)行保溫處理，在正式使用時(shí)，方可取出。焊線在使用前，需要做好清理工作，對(duì)表面的污垢和雜物進(jìn)行清理，以焊線表面出現(xiàn)金屬光澤為主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。奧氏體不銹鋼在高溫焊接條件下，應(yīng)對(duì)拼接頭的高溫性能進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)焊縫金屬的抗熱裂性能進(jìn)行檢驗(yàn)，使得技術(shù)應(yīng)用合理有效。對(duì)于焊條的選擇還應(yīng)注重對(duì)材質(zhì)進(jìn)行規(guī)范，以耐腐蝕、耐熱鋼材為主。為強(qiáng)化焊接質(zhì)量，焊條性能需要與不銹鋼管實(shí)際用途相一致，提升焊接工藝使用能力。鐵素體不銹鋼，是指在正常使用條件下，以鐵素體組織為主的不銹鋼材料，其鉻元素含量在 11豫耀30豫之間，屬于鐵心立方晶體結(jié)構(gòu)的一種，此類鋼材中一般不含有鎳元素，具有導(dǎo)熱系數(shù)大、抗氧化和腐蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.2二次回路

焊接過程中，需要對(duì)奧氏體一鐵素體不銹鋼表面進(jìn)行驗(yàn)證，其表面不能存在電弧痕跡，不得存在明顯的焊接損傷。實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)焊機(jī)地線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不得將二次回路搭設(shè)在不銹鋼管上，以免發(fā)生電弧損傷。對(duì)焊接技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)備，優(yōu)化二次回路設(shè)計(jì)，使得焊接過程優(yōu)化合理，是準(zhǔn)備工作重點(diǎn)。技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到焊接質(zhì)量控制的重要性，通過技術(shù)控制，強(qiáng)化焊接作業(yè)水平。

2.3保護(hù)工作

奧氏體一鐵素體不銹鋼焊接工藝使用前，需要做好相關(guān)保護(hù)工作，需要使用氬氣保護(hù)焊口，在焊接背面制作密封氣體空間，在其中住滿氬氣。實(shí)際工作中，可使用木板和硬紙板作為密閉氣室的支撐結(jié)構(gòu)，使得焊接保護(hù)工作滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在管理工作中，應(yīng)控制保護(hù)氣體流量和進(jìn)出速度，避免造成氣壓值過高影響實(shí)際焊接質(zhì)量。焊接過程中，保護(hù)工作至關(guān)重要，可通過對(duì)奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼焊接技術(shù)應(yīng)用，全面提升整體焊接質(zhì)量。

三、奧氏體不銹鋼管道焊接工藝及選材原則

火電廠不銹鋼焊接施工中較常用的是奧氏體，如： 0Cr18Ni9Ti、1Crl8Ni9Ti等。奧氏體不銹鋼具有更好的耐久性，并且相對(duì)容易粘結(jié)。即使在焊接狀態(tài)下，焊接接頭也具有高電阻。但是，與普通碳鋼相比，其熱導(dǎo)率約為碳鋼的 1/3，其膨脹系數(shù)是碳鋼的 1.5倍。雖然奧氏體不銹鋼具有較低的導(dǎo)熱率和較高的膨脹系數(shù)，但是在焊接過程中容易發(fā)生變形和伸長(zhǎng)。

3.1焊接方法的選擇

不銹鋼常用的焊接方法有手工電弧焊、氬弧焊及等離子弧焊。主要根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)介質(zhì)溫度、壓力、施工條件和操作環(huán)境，以及施工成本等確定。在工藝管道施工中，因管徑大小不等，且管道上閥門、熱控儀表、取樣管件較多，使得焊口位置變化較復(fù)雜。所以一般采用手工電弧焊。在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)管道施工中，由于輸送的介質(zhì)有一定清潔度要求（避免污染），況且管子口徑均在椎159mm以上，通常我們都是采用氬弧焊打底、手工電弧焊蓋面的方式焊接。

3.2焊縫坡口形式的選擇

焊縫坡口應(yīng)與焊接方法一起考慮，不同的焊接方法特點(diǎn)不同，所以坡口選擇要求不同，坡口與管子壁厚、產(chǎn)品要求、實(shí)際情況有關(guān)，焊接時(shí)的穿透力（熔深）也不同。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)具體材料調(diào)整凹槽的間隙和角度。如果槽尺寸太大，不僅會(huì)增加施工成本，還會(huì)使接縫應(yīng)力過大，容易變形和開裂 當(dāng)溝槽尺寸很小時(shí)，容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，例如滲透不完全和夾渣。當(dāng)使用手工電弧焊進(jìn)行工作時(shí)，因?yàn)椴讳P鋼的滲透性低于碳鋼焊條。

3.3焊接材料的選擇

焊接材料的選擇主要應(yīng)從母材的化學(xué)成分、管道介質(zhì)溫度和壓力、焊機(jī)電流（交流或直流），各種考慮因素，例如焊接方法和焊接過程中的環(huán)境溫度。奧氏體不銹鋼通常使用鉻鎳不銹鋼電極（品牌前綴“A”）?？梢愿鶕?jù)電極的成本效益選擇特定等級(jí)。當(dāng)需要下沉氬弧焊時(shí)，通常選擇含 Ti和 Nb的氬弧焊絲，鎢極為鈰 WCe20鎢極，惰性保護(hù)氣體為 99.99%氬氣。

四、結(jié)語(yǔ)

影響奧氏體鋼焊接質(zhì)量的因素很多。為提高焊接質(zhì)量，必須符合有關(guān)技術(shù)規(guī)定和產(chǎn)品技術(shù)條件，并根據(jù)實(shí)際情況合理選擇焊接材料和焊接工藝參數(shù)，確保設(shè)備能滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)學(xué)光.奧氏體不銹鋼與鉻鉬耐熱鋼管道焊接工藝[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用 ，2020（33）：97-98.

（作者單位 ：中核檢修有限公司大連分公司）