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    2. 藥皮焊絲在不銹鋼管焊接中的應用

      通過如何解決低退工況下不銹鋼管焊接易出現的教化庸蝕、熱裂紋、焊口背面焊縫氧化等問題及焊接接頭低退沖擊韌度影響問題,詳細闡述了不銹鋼藥皮自保護氫弧焊焊絲在工程中的應用。

      2000年我公司承建某天然氣凈化液化處理工程(簡稱LNG工程),基礎設計由法國SOFREGAZ公司提供,工程最終設計由洛陽石油化工工程公司完成。該裝置是國內首座低溫LNG商用實驗站,是目前國內生產規模最大的LNG裝置,其不銹鋼焊口共5762道,最低設計溫度-162℃,裝置建成后主要用于生產液態甲烷。

      1LNG裝量工藝配管材料

      該裝置工藝配管的管材、法蘭、管件均采用國產0Cr18N9不銹鋼材料。管材普遍為薄壁管,規格尺寸為公稱直徑DN15-DN150,壁厚3.5-5mm,另有356mmx6mm放空線長580m0Cr18Ni9屬于奧氏體不銹鋼,具有良好的塑性和韌性,但在焊接熱循環作用下,焊接接頭易出現高溫脆化,即熱裂紋、δ相脆化,焊接變形大,其特性及焊接要求如下:

      10Cr18Ni9不銹鋼的組織成分為奧氏體+(鐵素體)3%-5%。在焊接熱循環的作用下,當焊縫及熱影響區在450-850℃溫度范圍內停留時間過長時,就可能在晶界析出鉻的碳化物,發生敏化腐蝕。在650-850℃溫度范圍內長時間停留時,又會發生δ相脆化。δ相的析出,會使金屬的塑性和韌性降低,加劇晶間腐蝕的發生,從而使焊接接頭的塑性和韌性降低。

      20Cr18Ni9導熱系數小,焊縫高溫停留時間過長,易形成方向性強的柱狀品焊縫組織,其內部往往含有較多的能夠形成低熔點共品的合金元素和雜質,造成偏析,并以被態膜形式存在于晶界,形成夾層,從而引起熱裂紋。另外,由于導熱系數小而線膨脹系數大,自由焊態下焊接易產生較大的變形。針對這一特性及施工中材料的規格,從焊接工藝選擇上應采用能量集中,熱輸入小,冷卻速度快的焊接方法。綜合上述情況,選擇手工鎢極氬弧焊(TIG焊),該焊接方法具有熔池保護好,電弧穩定集中,沒有熔渣,焊縫組織致密,質量可靠,焊縫和熱影響區受熱面積小等諸多優點。

      2焊接材料的選擇

      由于介質系石油液化天然氣,與空分行業的制氮、制氧工業相比,具有易燃、易爆的特點,系統安全性要求很高,因此如何保證不銹鋼管的焊接接頭具有較高的低溫沖擊韌度成為最主要的問題。采用傳統TIG焊焊接不銹鋼小徑管焊口尚可,對焊接不銹鋼較大口徑鋼管,焊接時焊口內焊縫表面容易出現氧化現象,需充大量的氬氣保護,這樣大大增加了焊接材料的成本,焊接質量難以保證。經過多方調研、考察,對多種型號的焊絲試用及進行經濟性對比,引進了日本油脂公司溶接事業部(TASETO)生產的TGF-308L藥皮自保護氫弧焊絲。

      該焊絲與焊條類似,焊芯外涂一層約0.5mm厚的藥皮,焊接時藥皮會滲透到熔池背面,形成一層致密的保護層,使背面不受氧化,且無需充氬氣保護。冷卻后焊道成形光滑平整,渣殼會自動脫落,用壓縮空氣極易吹除。該焊絲另一優點是受風的影響小,焊工操作容易,且很少出現夾渣現象,尤其用于DN80以上管徑和中356mmx6mm放空管線打底焊,大大降低了焊接成本,同時用該焊絲進行返修,效果良好,很好地解決了不銹鋼管TICG焊成本高、打底焊不易成形等技術難題。

      3焊接質量控制

      3.1焊接方法

      依據焊接工藝評定,同時提高焊接效率,保證焊接質量,對于系統中不銹鋼管材料及規格。

      3.2焊接

      焊前對待焊坡口及其兩側各50mm范圍內的銹斑、油污、泥土等其它有害物進行清理。

      焊接時與傳統的TIG焊操作要領基本一致,不同的是該焊絲焊接時TIG焊槍采用搖擺式運弧,其目的是有利于熔渣的流動,避免焊縫兩側夾渣。

      為了控制焊道及道間溫度,采用42.4mm鐘鎢極,噴嘴直徑8mm,焊接時電流不宜過大,氬氣流量8-12L/min,熔敷金屬不宜過厚,焊接工藝參數見表3。管口每焊1/4焊口時,及時用冷水澆焊縫,以水不入焊接熔池為宜,使焊縫表面呈金黃色,避免焊縫過熱,同時也加快了焊后的冷卻速度,縮短在高溫區停留時間,使焊縫晶粒細密,從而提高了焊接接頭的低溫沖擊韌度。管口焊及道間溫度控制在<60℃,有利于提高焊接接頭韌性,因此水冷法在本系統施工中確保工程安全性顯得尤為重要。

      由于不銹鋼線膨脹系數較大,為防止焊后變形,在維對時應采取反變形措施,可預留反變形量20-30,當死口焊接時,應利用焊接順序來控制焊接變形量。

      3.3污染控制

      為了使不銹鋼不易受鐵離子污染,減少焊口施焊時碳等有害元素的侵入,施工工具應使用專用工具,材料切割用等離子弧切割,選用白剛玉磨料制成的樹脂砂輪片對坡口進行打磨。

      4結論

      使用TGF-308L型藥皮自保護氬弧焊焊絲,成功地對該工程5672道不銹鋼管焊口進行了焊接,一次拍片合格率達到94.7%,同時其裝置也經受了-196℃液氮的預冷。投產試運行8個月,未出現任何焊接問題。該焊絲的成功應用,不僅降低了成本,也提高了焊接工效,尤其是對大口徑不銹鋼管的焊接,很好地避免了焊口內焊縫表面氧化、過熱等缺陷,是不銹鋼管焊接值得推廣的新焊材,也是在低溫工況條件下不銹鋼管焊接技術的新突破。車件不銹鋼管

      文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管

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