常用奥氏体不锈钢管道焊接

常用奥氏体不锈钢管道焊接在我公司所从事的安装工程中，管道安装工作占有很大比例，是整个工程的一个重要的组成部分。而化工管道的安装又离不开焊接，因为在化工管道中管子之间或管子与管件间的连接基本上是采用焊接。因此焊接工作在管道安装工程乃至整个化工安装工程中都占有极其重要的地位。由于化工生产有其特殊的特性：管道中输送的介质既有高温、高压又有低温、低压，而且许多介质本身还易燃、易爆、剧毒、有毒及腐蚀性强等特点。因此，在管道焊接施工中，必须从人员、材料、焊接工艺等各方面入手，抓好焊接过程的控制，保证焊接质量。使焊缝不仅严密牢固，能承受高温、高压的作用，而且能够抵抗某些介质的腐蚀，满足化工生产的需要。我公司在以往的施工中一直对焊接质量比较重视，在这方面也取得了许多成绩和宝贵经验。在我公司所承建工程中，管道材料种类较多，而且每个工程中都有大量的不锈钢管道，不锈钢管道焊接又有一定的特殊性。借此机会将自己对常用的不锈钢管道焊接的一点知识加以总结。一、我公司施工中常用不锈钢的种类及特性(一）施工中常用不锈钢的种类：不锈钢按空冷后的组织分类一般可分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢。其中奥氏体不锈钢最为常用，我公司在施工中所用的大多都是奥氏体不锈钢分别见表1、表2。（二）该类不锈钢的特性1、表218％左右，含镍8％左右的高铬镍合金18-8型奥氏体不锈也不能使其硬化。奥氏体不锈钢不但具有良好的耐腐蚀性能，还具有良好的综合机械性能，无论在低温或高温下，在极宽的温度范围内都能保持极好的塑性和韧性。所以这类钢在化工管道中应用十分广泛。二、奥氏体不锈钢的可焊性1、可焊性分析此外，如果管道是在高温条件下长期工作，则还有高温脆化问题。所以，奥氏体不锈钢的可焊性比低碳钢要低一些。但不论采用电弧焊还是钨极氩弧焊，一般都不用预热及焊后热处理，只要控制好焊接规范，完全能取得良好的焊接质量。2、奥氏体不锈钢焊接常见问题奥氏体不锈钢虽然可焊性能好，焊接时也不需要采取特殊工艺措施。但是，假如焊条选用不当或焊接工艺不正确时，常会产生下述缺陷。（1）晶间腐蚀同一接头的这三个部分不可能同时都发生晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的原因，目前一般认为是晶界贫铬造成的。焊接时，焊缝附近受到移动的焊接热源在450～85℃范围内反复加热时，使溶于奥氏体的碳以较快的扩散速度析出，此时聚集在晶界处的碳和铬形成碳化铬。由于铬的原子半径较大，扩散速度较慢，来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要来自晶界附近，结果就使得晶界附近的含铬量大为减少，造成晶界贫铬，从而降低该区域的抗腐蚀能力，在腐蚀介质作用下，引起晶间腐蚀。焊接上防止晶间腐蚀的措施主要有：a、控制含碳量选用母材和焊材时，尽量选用含碳量较低的材料，而且焊材的含碳量应低于母材。b、选用含有钛、铌等稳定元素的母材和焊材，因为钛、铌等元素与碳的亲和力比铬强，更容易与碳结合形成稳定的碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬。c、选用含有硅、铝、钼等元素的焊条，这些元素能使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织。因为铬在铁素体的扩散速度比在奥氏体中快，碳化铬就在铁素体内部及其附近析出，减轻了奥氏体晶界的贫铬现象。d、在焊接规范上，可采用小电流、快速焊、短弧等措施，以减小热影响区。有特殊要求时，还可采用焊后热处理的办法加以解决。（2）焊接热裂纹弱层而使焊缝易裂。防止热裂纹的措施主要有：a、必须严格控制焊缝金属中杂质的含量，尤其是SP这两种常见的杂质。b、使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织。因为少量的铁素体可以细化晶粒，打乱奥氏体的枝晶方向，防止杂质的聚集，不易形成薄弱层，可改善热裂倾向。为此须在焊缝中加入少量形成铁素体的元素，如硅、钼等。c、在焊接工艺上，采用碱性低氢焊条，用小电流、快速焊的规范。三、焊接（一）接头形式及坡口管道焊接前应根据设计要求或施工规范要求加工出合适的坡口。坡口形式、尺寸及接头的具体要求，应根据焊件的结构形状、厚度、焊接方法等综合考虑，应做到保证质量、方便操作、减少焊接变形与应力，并尽可能减少焊缝金属的填充量。（二）焊接方法选择不锈钢管道的焊接，现在最常用的方法具有手工钨极氩弧焊进行底层焊，再用手工电弧焊填充与盖面。由于底层焊道与介质直接接触，对焊接质量要求较高。氩弧焊的优点是：氩气的保护作用好，而氩弧焊时焊缝背面都要求充氩保护，因此焊缝表面氧化轻；氩弧的温度高，热量集中，而且有氩气流的冷却作用，焊缝的热影响区小；氩弧焊接时无熔渣，焊后无夹渣缺陷；焊缝强度高，耐蚀性好，焊件的变形小，因此焊缝的质量比手工电弧焊高。所以底层焊道一般都采用手工钨极氩弧焊。（三）焊接材料的选用1、由于氩弧焊时熔池中无剧烈地氧化、还原等冶金反应，故焊丝的选用应根据管道材料的化学成分及工作条件来确定。并应保证前述的耐蚀及抗裂要求。一般应选用与母材成份相同或相近的焊丝。氩气用工业纯氩，纯度应不低于99.9%。2、手工电弧焊焊条的选择通常不锈钢主要是利用其所特有的耐热、耐蚀性能，因此，焊条要根据不锈钢管道的材质、工作条件（包括工作温度和介质）来选用。一般应遵循以下几条原则：①对于在高温下工作的耐热不锈钢管道，所选用的焊条，主要应能满足焊缝金Cr/Ni≥1铁素体双相组织。而且通常希望焊缝金属铁素体含量小于5‰。②对于在各种腐蚀介质中工作的耐蚀不锈钢，则应按介质和工作温度来选择焊300℃以上、有较强腐蚀性的介质，需选用含有TiNb稳定管道，方可使用不含TiNb的不锈钢焊条。③一般应选用与母材成份相同或相近的焊条。由于含碳量对抗腐蚀性能有很大影响。因此，一般选用熔敷金属的含碳量不高于母材含碳量的焊条。④焊条药皮类型的选择 不锈钢焊条的药皮类型比较简单，一般分为三类；15161716型。低氢型不锈钢焊条的抗热裂纹性较好，但成型不如后两类焊条，抗腐蚀性也较差。钛钙型和钛酸型不锈钢焊条具有良好的工艺性能，焊缝外表成型美观。焊接耐蚀性能要求较高的焊缝时，可选用钛钙型或钛酸型焊条。由于双相奥氏体焊缝金属本身含有一定量的铁素体，具有良好的塑性和韧性，从焊缝金属抗裂纹性角度进行比较，碱性药皮与钛钙型药皮焊条的差别不象碳钢焊条那样显著。在实际应用当中，从焊接工艺性能考虑较多，大都采用酸性焊条。只有在焊缝抗裂性要求较高时，才选用碱性低氢型药皮的不锈钢焊条。⑤国外引进装置的管道或从国外定购的管道，焊接材料应按国外有关资料及标准选用，一般要选用进口焊材。常用国产不锈钢焊材选用见表3,常用进口不锈钢焊材的选用见表4.表3常用奥氏体不锈钢焊材选用母材 焊丝 焊条A102A

工作条件及要求工作温度低于300℃，同时要0Cr18Ni91Cr18Ni9

H0Cr21Ni10H0Cr21Ni10H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10Nb

A102A107A122

有良好的耐蚀性。工作温度低于300℃，同时对性要求较高H0Cr21Ni10A132A工作温度较高H0Cr20Ni10TiA132或要求有良好H0Cr20Ni10NbA137的耐蚀性能。0Cr18Ni9Ti工作温度和耐0Cr18Ni11TiH0Cr20Ni10Ti0Cr18Ni11NbH0Cr20Ni10NbA132AA132蚀性要求较低时，也可选用不1Cr18Ni9TiA137含Ti或Nb的焊1Cr18Ni9Nb材。A202A抗有机酸、无机H0Cr19Ni12Mo2A202酸、碱及盐腐0Cr18Ni12Mo2TiA207蚀。1Cr18Ni12Mo2Ti要求有良好的H00Cr19Ni12Mo2A212抗晶间腐蚀性能00Cr17Ni14Mo2H00Cr19Ni12Mo2A022表4常用进口不锈钢焊材选用表（美国）钢 号焊丝型号焊条型号304308304L316ER308ER308LER316E308-15E308-16E304L-15E304L-16E316-15E316-16316LER316LE316L347347LER321ER347ER347E316L-16E347-15E347-16E347-15E347-16（四）焊接工艺要点为防止晶间腐蚀及热裂纹，并根据不锈钢电焊条自身固有的特点，在选用焊接工艺参数时应注意以下几点：20%左右。2热影响区宽度，有利于提高焊缝金属的抗晶间腐蚀能力和减少热裂纹的倾向。10SHJ517-91中要求层间温度不大于6℃。4、焊接时，应尽量采用短弧焊接。电弧过长时，焊芯中合金元素氧化烧损大，且保护不良，容易使空气中的氮气侵入，而氮是强奥氏体元素，易造成焊缝金属中铁素体含量减少，产生热裂纹。5、焊接时，焊接电流、电弧电压及焊接速度等工艺参数应综合考虑，即控制线能量不宜过大。（五）奥氏体不锈钢管道与低碳钢管道的焊接在管道施工中还经常遇到不锈钢管道与低碳钢管道焊接1、异种钢焊接的主要问题异种钢焊接时，焊缝的化学成分是由两种材料熔化部分和焊接材料所决定的。低碳钢合金元素很少，由于低碳钢的熔入使焊缝中合金成份降低。低碳钢的含碳量又高于奥氏体不锈钢，所以焊缝中含碳量也会增加，而且由于高温时奥氏体熔碳能力强，使得熔合区附近的碳会向焊缝富集。同时由于异种材料的膨胀系数不同，使得异种钢接头的残余应力更加复杂。由于以上原因使得焊缝由于合金成份降低，不能保证形成单相奥氏体组织，从而使焊缝的耐腐蚀能力降低，塑性、韧性降低。同时，焊缝含碳量的增加及接头残余应力的复杂化，又将使接头产生高硬区，而且这种残余应力是一般热处理方法不2、焊材选用选用高铬镍焊条和焊丝，可以补充熔合区的合金元素，防止出现脆性的马氏体2520（A402.A4072513型焊条和焊丝（焊条A302.A307;焊丝：H1Cr25Ni13）.25202513型焊材，只要把母材的熔合比控制在类40%织，双相组织具有较高的抗裂性能，因此一般应尽量选用铬2513型焊材。3、焊接工艺要点选择焊接规范时，应尽量降低熔合比。为此减少焊条和焊丝的直径。在可能的情况下，尽量采用小电流、高电压和快速焊。（六）焊后热处理奥氏体不锈钢焊后一般不进行热处理，但对于在容易产生应力腐蚀及晶间腐蚀的环境中使用时，就有必要进行焊后热处理。奥氏体不锈钢最常见的焊后热处理方式为：消除应力处理、稳定化处理。1．消除应力处理（或溴离子时，会引起应力腐蚀。这种情况下，就要进行消除应力处理，经消除应力处理后，管子的屈服强度与疲劳强度可以得到提高，并可防止产生裂纹。处理工艺：①加热速度≤220℃×25/s220℃/h50℃/h（400℃以下时自由升温。②恒温温度：850℃～900℃③恒温时间：S/25h,且不小于1/