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CWE-Blog#014 - 316L高壓不鏽鋼管道焊接工藝




1.焊接準備


1.1、焊接方法﹕


根據不鏽鋼的焊接特點,應盡可能減小熱輸入量,一般採用手工電弧焊、鎢極氬弧焊兩種方法,Φ>100mm的採用氬弧焊打底加電弧焊填充蓋面。Φ≦100mm且壁厚小於 5mm的管道採用全用氬弧焊,壁厚大於等於5mm的管道採用氬弧打底,電弧焊填充蓋面。


1.2、由於不鏽鋼焊接易產生引弧夾鎢和收縮氣孔需要配備高頻引弧和電流衰減特性的專用氬弧焊機。



1.3、焊材﹕

焊絲採用 Φ2.5/TGC-TIG316L,焊條採用 Φ2.5-3.2/A022,使用前焊絲表面去除氧化層和油污使用丙酮或酒精揩乾淨,焊條應200-250°C烘乾 1h,存放保溫筒內隨取隨用。


1.4、焊接電流﹕


不鏽鋼導熱效率低,約為碳鋼的1/3,電阻率約為碳鋼的5倍,線膨脹係數比碳鋼約大50%,密度大於碳鋼,因此焊接電流應小於碳鋼焊接電流。手工電弧焊時焊機採用直流反接,氬弧焊時採用直流正接。在焊接打底層應盡量採用小直徑焊材,小電流,降低焊接線能量,提高熔敷金屬的流動性。因不鏽鋼導熱性能差,故此應選用小電流避免焊條焊接過程中焊芯發紅,藥皮中氣體保護成分過熱揮發,造成焊條熔渣保護效果下降。組對間隙較大的焊縫採用單側連續送絲焊槍連續擺動,靠液態金屬的流動性與另一側母材熔化結合,防止單側咬邊。


1.5、氬氣﹕


氬氣瓶上應貼有出廠合格標籤,使用純氬 ≥99.99% 或高純氩 ≥99.999%,氬弧焊焊接不鏽鋼時,背面必須充氬氣保護,保證背面成形圓滑,防止焊縫根部氧化降低焊縫耐腐蝕性。氣瓶中的氬氣不能用盡,瓶內餘壓不得低於 0.5MPa。大管道採用在管道內局部充氬的方法,跟隨焊接進度保護,流量為 5-14L/min,正面氬氣流量為 12-13L/min。氬氣保護不鏽鋼內壁熔化金屬與空氣隔離,防止不鏽鋼在高溫情況下發生焊縫根部氧化。


小徑管氬弧焊時應做焊接管段可溶紙封堵,焊縫背面應提前送氣,流量適當加大空氣排出后,流量逐漸減小,焊接過程中應不間斷地向管內充氬,停焊時滯後停氣,使焊縫得到充分的保護,另外應特別注意的是,空氣排凈后才能進行焊接,否則影響充氬的保護效果。氬氣流量應適當,流量過小保護不好,焊縫背面容易氧化流量過大,焊接時產生渦流帶入空氣,保護效果也會變壞,同時會引起焊縫根部內凹等缺陷,影響焊接品質。


充氬口應置於封閉段盡可能低的位置,空氣排出孔應置於封閉段最高位置,因為氬氣比空氣重,從較低位置充人氬氣容易保證獲得更高的濃度,充氬保護效果也就更好。為了減少管內氬氣從對口間隙處流失,影響保護效果,增加成本,焊接前可沿焊口間隙貼上水溶膠帶,僅留出焊工一次連續焊接的長度,邊焊邊揭去膠帶。


1.6、焊接參數﹕


因不鏽鋼熱膨脹係數較大,焊接時產生較大的焊接應力,要求採用嚴格的定位焊。對於大管道應控制焊接溫度,降低焊接熱應力,大管道焊接建議採取對稱分段花焊的焊接方法。焊接不鏽鋼不易擺動,應採取小電流快速焊。對於 d≦Φ89mm 的管採用兩點定位,d=Φ89-Φ219mm採用三點定位,d≧219mm 的採用四點定位;定位焊縫長度 6-8mm。


1.7、坡口及焊道佈置﹕


相對於碳鋼,不鏽鋼在熔化后粘度大,流動性差,易形成層間未熔合等缺陷,坡口形式常採用V形坡口,採用較小的焊接電流,因不鏽鋼焊接熔深小,因此坡口的鈍邊比碳鋼小,約為0-0.5mm,坡口角度比碳鋼大,約為 65°-70°,因不鏽鋼比碳鋼穿透力小,對口間隙應比碳鋼適當增大,裝配前做好焊縫區的清潔工作,使用角磨機打磨破口內。


氧化層毛刺鐵鏽等,融合區及母材不準使用角磨機打磨,接頭兩側各 50mm範圍的內、外表面用丙酮或酒精清洗乾淨不得沾汙。不鏽鋼焊接時應採取防飛濺措施(如刷白灰等方法)保護母材免受飛濺燙傷污染。焊後用不鏽鋼扁鏟(不得採用碳鋼)徹底清理熔渣和飛濺。不鏽鋼應與碳鋼區分放置,嚴禁不鏽鋼和碳鋼混放,不鏽鋼表面不應有損傷,損傷后表面鈍化層破壞,鈍化層主要是四氧化三鐵和三氧化二鉻,他們是緻密的氧化層,對氧化劑有較強的抵抗作用。


處於鈍態的金屬仍有一定的反應能力,即鈍化膜的溶解和修復(再鈍化)處於動平衡狀態。

破壞后使不鏽鋼保護能力降低,鈍化層破壞后,表面粗糙度增加,增加了局部附著物,可能造成局部腐蝕的幾率。易與化學介質發生反應,產生化學腐蝕而生鏽。當介質中含有活性陰離子( 常見的如氯離子 ) 時,平衡便受到破壞,溶解佔優勢。海水中的氯離子(Cl-)半徑小,穿透能力強,容易穿透氧化膜內極小的孔隙,到達金屬表面,並與金屬相互作用形成了可溶性的化合物,使氧化膜的結構發生變化。造成腐蝕裂紋,因此划傷、飛濺、割渣等對於不鏽鋼鈍化層是一種破壞,必須加以杜絕和克服。


1.8、層間溫度:奧氏體不鏽鋼的導熱性差,線膨脹係數大的特點對過熱敏感性強,多層焊時要嚴格控制層間溫度小於60°C。對奧氏體不鏽鋼焊接有線能量和層間溫度的限制,如夏天較熱時,溫度難以下降,可採用層間水冷(注意:不是層間向焊縫加水,常用濕毛巾擦拭坡口兩側母材或使用冷卻水毛刷用冷卻水冷卻已經凝固的焊縫。


水冷的目的﹕


1. 用水急冷可以有效防止 450-850攝氏度內鉻的敏化,即避免生成 Cr23C6。


2. 減少奧氏體在 450攝氏度左右形成脆性相,在金相組織中生成應力薄弱區,水冷可以避免此現象。


水冷可以促進過冷度,增強奧氏體組織的形核,並避免長大成粗晶。水冷的缺點:焊縫區應力來不及向母材及熱影響區傳導,而在焊縫區殘留較高,易產生應力裂紋,但由於大部分奧氏體不鏽鋼本身具有較高的彎曲塑性及延展性,該缺點常被忽略。通常前一層冷卻后再進行下一層焊接,採用小電流、快速薄層焊,為控制焊接溫度不宜擺動焊接。焊縫寬度嚴格控制不大於直徑的4倍,焊接厚度不宜大於焊條直徑。


奧氏體焊接溫度過高,鋼中的碳會向奧氏體晶界擴散,並在晶界處與鉻化合析出Cr23C6,晶界處出現貧鉻區,貧鉻區無法抵禦氯離子的化學置換產生晶間腐蝕或點腐蝕,出現腐蝕裂紋,洩露。


2. 焊接品質控制


2.1 焊接 316L海水管道應由持有 FeVI.焊接項目資質,經相應試件考試合格后,方可上崗位焊接。


2.2 嚴禁在被焊件表面隨意引燃電弧、試驗電流或焊接臨時支撐物等。


2.3 焊工所用的氬弧焊把、氬氣減壓流量計,應經常檢查無洩漏計量準確,確保在氬弧焊焊接品質。


2.4 介面間隙要勻直,禁止強力對口,錯口值應小於壁厚的10%,且不大於 1mm介面局部間隙過大時,應進行修整,嚴禁在間隙內添加塞物。


2.5 焊接區應注意防風,以防吹散氬氣,影響氬氣保護效果和焊接品質。打底完成後,應認真檢查打底焊縫品質,確認合格后再進行氬弧焊蓋面焊接。


2.6 引弧、收弧必須在坡口內進行,收弧要填滿熔池,將電弧引向坡口熄弧。


2.7 焊接過程中發現缺陷應立即處理,分析原因磨除,多層多道焊接,每層每道均應進行檢查,自檢合格後方可再繼續施焊,不得用重複熔化方法消除缺陷。


2.8 應注意接頭和收弧品質,注意接頭熔合應良好,收弧時填滿熔池。


2.9 蓋面完畢應及時清理焊縫表面熔渣、飛濺。



3. 不鏽鋼外觀品質


3.1 對接接頭餘高控制:焊縫寬度等於 10mm餘高 ≤2mm,焊縫寬度等於 20mm,餘高≤3mm,焊縫與母材不能有尖銳夾角。


3.2 焊縫寬度:不大於坡口寬度加 5mm。在任意 50mm內最大寬度與最小寬度差值≤2,整條焊縫≤3要求接頭無痕過渡。


3.3 在任意 300mm連續焊縫長度內,焊縫的直線度小於 2mm。


3.4 在焊縫任意 25mm長度範圍內,焊縫高低度小於 1.5mm。


3.5 整條焊縫不允許出現:裂紋、燒穿、條狀夾渣、咬邊、氣孔、未熔合、未焊透、未焊滿、內凹、焊瘤、電弧擦傷。


3.6 不鏽鋼焊縫表面的顏色能說明焊縫表面被氧化的程度,焊接熔池溫度的控制,保護氣體濃度、流量,焊接操作等。


一般情況銀亮色最好,金黃和微藍可接受,深藍和黑色說明焊縫表面過氧化,不能接受,鈍化層已經破壞應進行處理,一般常採用機械拋光后化學處理,先用砂輪磨平,再用布輪依次拋光,使用不鏽鋼專用鈍化膏塗抹處理,個別情況還可化學酸洗處理。


3.7 奧氏體不鏽鋼 316L的焊接性能較好,溫度 10°C以上一般免預熱,焊接控制好層間溫度,色澤銀亮奧氏體焊縫一般免做熱處理。



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