西安不銹鋼管道的焊接技術(shù)及質(zhì)量控制

尿素裝置具有高溫、高壓、易燃、易爆和易腐蝕等特點，屬特別危險生產(chǎn)區(qū)域。尿素生產(chǎn)中的介質(zhì)有液氨、氨水、CO2、尿素溶液和尿素甲銨溶液等。其中，腐蝕性*強的介質(zhì)是高溫高(中)壓下的甲銨液和尿素甲銨液，對材料產(chǎn)生多種腐蝕。尿素裝置工程管道是重點，應(yīng)用于甲銨液和尿素甲銨液等主要工藝介質(zhì)管道的尿素級不銹鋼管道的焊接則是重中之重。本文結(jié)合實踐，回納論述了尿素級不銹鋼焊接的質(zhì)量控制。

一、尿素級不銹鋼簡介

用于尿素高壓圈的奧氏體不銹鋼形成了不同于常規(guī)的奧氏體不銹鋼，尿素級奧氏體不銹鋼材料的化學(xué)成分符合德國不銹鋼材料標準中材料號1.4435(317L)1.4429(00Grl7Nil 3M02N)或美國標準AISI 316L的要求，但對Cr、Ni、Mo的*低含量另外做了限制，其目的是通過化學(xué)成分的控制使不銹鋼在**熱處理后(包括焊接熔敷金屬)能獲得全奧氏體組織，并使鐵素體的含量不超過0.6％。此外，對晶間腐蝕傾向試驗(休氏試驗)和選擇性腐蝕提出了要求。這類不銹鋼材料通常稱為尿素級(Urea Grade)316L或改良型(Mod)316L，尿素級或改良型奧氏體不銹鋼廣泛用于尿素高壓設(shè)備以及相應(yīng)的管道。國外一些有名的不銹鋼廠商均生產(chǎn)尿素級316L不銹鋼，其中*有影響的是荷蘭斯太米卡邦公司的316Lmod，其他有瑞典Sandvk公司的3R60uG、Avesta公司的832sKRN，日本神戶制鋼所的KES-UI。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的一些尿素級不銹鋼還不能完全滿足質(zhì)量要求，尿素裝置用尿素級不銹鋼材料主要來源于進口。

二、尿素級不銹鋼焊接性分析

一般說來，尿素級不銹鋼與其他奧氏體不銹鋼一樣有比較好的焊接性能，但由于焊接過程是一個在短時間內(nèi)完成的復(fù)雜冶金過程，焊接接頭(包括熔敷金屬、熔合線及熱影響區(qū))的力學(xué)性能、金相組織及耐腐蝕性能總是難于達到母材的水平。焊縫是一個薄弱的環(huán)節(jié)，很多設(shè)備的腐蝕和損壞經(jīng)常發(fā)生在焊縫四周，因此正確選用焊接材料和制訂公道的焊接工藝在尿素設(shè)備制造中是一個很重要的題目。

尿素級不銹鋼為純奧氏體不銹鋼，純奧氏體不銹鋼在焊接時輕易產(chǎn)生熱裂紋，這種裂紋屬于結(jié)晶裂紋，發(fā)生在高溫狀態(tài)，常溫下不再擴展。熱裂紋產(chǎn)生的原因是由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小、膨脹系數(shù)大，延長了焊縫金屬在高溫區(qū)的停留時間，增加了焊縫在高溫時經(jīng)受的拉伸應(yīng)變。另外，純奧氏體焊縫的晶問往往存在低熔點的夾雜物，在凝固結(jié)晶后期以液態(tài)膜的形式存在于奧氏體晶粒之間，在一定的拉應(yīng)力下開裂并擴展形成晶間裂紋，能形成低熔點夾雜物的元素有S、P等。防止純奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋產(chǎn)生可以采用很多措施，如進步焊縫中Mn的含量，ωMN=4％～6％時對防止熱裂紋相當(dāng)有效，嚴格限制焊縫中s、P等雜質(zhì)元素含量。在焊接時進步焊接熔池的冷卻速度，在工藝上采取相應(yīng)措施如短弧焊、低熱輸進、窄焊道技術(shù)等以加快熔池冷卻，對防止焊接熱裂紋都是有效的。

尿素級不銹鋼是單相的奧氏體組織，但在鋼種標準成分規(guī)定的范圍內(nèi)，由于成分配比和生產(chǎn)工藝控制過程的不同往往可能存在少量的鐵素體，由于鐵素體在尿素介質(zhì)中輕易產(chǎn)生相的選擇性腐蝕，尿素級不銹鋼(包括焊接熔敷金屬)要求鐵素體含量不超過0.6％。

通過以上分析可以看出，在尿素級不銹鋼焊接時有兩個關(guān)鍵控制內(nèi)容：鐵素體含量和焊接熱裂紋。

三、尿素級不銹鋼焊接技術(shù)和質(zhì)量控制措施

  1．材料的驗收、保管

  材料必須具有材料試驗報告和合格證。

  管道、管道組成件逐件測定鐵素體含量。檢驗設(shè)備采用鐵素體丈量儀，鐵素體含量檢驗前，應(yīng)將被檢測部位及檢測探頭用丙酮或酒精清洗干凈，再進行檢測；檢測過程中，要常清洗檢測探頭，確保其不受鐵索體的污染，以保證檢測結(jié)果的正確性。鐵素體含量分歧格的管道及管道組成件和焊接材料嚴禁投進施工。

    經(jīng)過檢驗合格的原材料及焊材的保管要求設(shè)專庫進行同一治理，不答應(yīng)與其他材料接觸。對檢驗合格的不銹鋼材料，應(yīng)作確認標記。在施工過程中應(yīng)將該標記移植到零件的明顯部位。使用不含金屬顏料、硫化物或氯離子含量≤25mg／L的防水墨水或油漆等在不銹鋼上書寫標記。

    焊條、焊絲等焊接材料的按爐(批)號檢驗鐵素體含量。有疑問時進行化學(xué)成分分析、鐵素體含量測定、晶問腐蝕傾向試驗、選擇性腐蝕檢查及金相檢查。

  2．焊接方法

  壁厚≤8mm，采用全氬弧焊焊接；壁厚>8mm，采用氬弧焊與焊條電弧焊相結(jié)合焊接，氬弧焊打底焊接兩層，其余各層采用焊條電弧焊，只能采用窄的堆焊焊縫。氬弧焊時管內(nèi)充氬保護。

    采用氬孤焊的接頭其耐蝕性比焊條電弧焊要好，由于氬弧焊焊接熔池的保護比焊條電弧焊好，焊縫質(zhì)量高，同時氬弧焊的熱輸進低對焊縫及熱影響區(qū)的敏化作用小，減小產(chǎn)生裂紋的可能性。

 3．焊接材料

    焊材的正確使用是保證尿素級超低碳不銹鋼焊接質(zhì)量的條件。尿素級不銹鋼為單相奧氏體組織，因此必須使用純奧氏體焊材進行焊接。一般采用25—22-2型焊接材料，可以取得比較理想的效果。

    建立嚴格的保管、烘下、發(fā)放和回收制度，使焊材從進庫到回收均能全過程追蹤。焊材領(lǐng)用由施焊焊_T填寫焊材領(lǐng)用申請單，由焊接技術(shù)員審核后保管員按單發(fā)放。領(lǐng)用焊條時必須使用保溫簡，同一保溫筒內(nèi)不答應(yīng)同時裝有兩種及以上的焊條，防止錯用。在整個施工過程中焊材的發(fā)放與使用要處于受控狀態(tài)。

 4．焊接工藝評定

  產(chǎn)品施焊前嚴格進行焊接工藝評定。焊接過程中記錄所有焊接數(shù)據(jù)(例如：安培、伏特、交流、直流、極性)以及焊接材料的型號和直徑、惰性氣體流量(保護氣和背面保護氣)、焊接設(shè)備的型號、鎢極直徑、噴嘴內(nèi)徑等各項相關(guān)內(nèi)容。

    評定試驗進行拉伸試驗、面彎試驗、根彎試驗、焊縫橫斷面的金相檢查、休氏試驗等。

  5．焊接職員要求

  焊接尿素級不銹鋼的焊工必須具有相應(yīng)的資質(zhì)，且要有經(jīng)驗、受過良好培訓(xùn)，并熟悉不銹鋼焊接。

  6．不銹鋼焊接坡口的制備

  尿素級不銹鋼管主要采用機械加工方法制備焊接坡口。厚壁管主要采用下圖所示的坡口形式，這樣可減小熱輸進和焊接變形，有利于焊縫的耐蝕性。

    加工好的坡口表面須經(jīng)鐵素體含量測定及滲透檢測。

    坡口必須平整清潔，任何雜質(zhì)(如水、銹、油污以及油漆等)都會對焊縫質(zhì)量造成有害的影響。必要時采用丙酮等有機溶劑清洗。焊接過程中也要保持焊道及整個焊接區(qū)域的清潔干凈，這一條對尿素級不銹鋼的焊接很重要。

 7．焊接技術(shù)措施

  焊接應(yīng)盡可能減小熱輸人，減輕焊接接頭的敏化程度，從而進步耐蝕性。因此要求采用多層多道窄焊道焊接工藝，采用小熱輸進、短電弧、不擺動或小擺動的焊接方法。

    多層焊時，每焊完一層焊縫，必須徹底打磨清渣，打磨引弧收弧處很重要。經(jīng)質(zhì)量檢查合格后方可進行下一層焊接。多層焊的層問接頭應(yīng)錯開。

    嚴格控制層間溫度，層問溫度不超過100℃。層問溫度可采用紅外線丈量儀檢測。

    8．焊接檢驗

    鋼管直徑~40mm，**焊接后檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查、滲透檢查(對于對接焊縫采用射線檢測代替滲透檢測)。

    鋼管直徑>40ram，壁厚≤5mm的焊縫，**焊接后應(yīng)進行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查(如有可能檢查管內(nèi)焊縫)、滲透檢測以及射線檢測100％。

    鋼管直徑>40mm，壁厚>5mm的焊縫檢查：

    (1)打底焊層和層填充焊接后應(yīng)進行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查(如有可能檢查管內(nèi)焊縫)、滲透檢測。

    (2)**層填充焊后應(yīng)做如下檢查：外觀檢查、滲透檢測、射線檢測100％。

    (3)**焊接后應(yīng)進行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查、滲透檢測以及射線檢測100％。

  9．施工過程中的保護

  316L尿素級不銹鋼高壓管道預(yù)制*好在專用車問進行，車間內(nèi)不同時進行其他鋼種施工作業(yè)。預(yù)制平臺用碳鋼鋼板制作，但必須在平臺上平展上木板、石棉板或橡膠皮，其預(yù)制平臺要求干凈。不論是存放在預(yù)制車問還是臨時堆放在施工現(xiàn)場的預(yù)制管段，都應(yīng)在其底部平展上石棉板或橡膠皮；且預(yù)制管段應(yīng)及時清掃封閉。

    施工過程中應(yīng)防止胎具、工夾具、電弧以及飛濺等損傷材料表面，對影響耐腐蝕性能的損傷必須修磨，修磨深度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

    施工過程中應(yīng)防止水、銹、油污、油漆以及含氯離子物料等污染。焊接區(qū)域內(nèi)不答應(yīng)同時進行涂漆作業(yè)。

    施工過程中不答應(yīng)在不銹鋼件上焊接非尿素用不銹鋼件。若需要焊接工藝裝配用臨時件、夾具等應(yīng)使用同種不銹鋼材料。往除臨時焊接件和臨時支撐時，只能使用專用不銹鋼砂輪片捫‘磨鏟除。清理焊縫時不答應(yīng)使用普通鋼絲刷，需要使用不銹鋼刷清理。

四、結(jié)語

  尿素級不銹鋼焊接焊接工藝要求高，焊接工藝評定、焊工培訓(xùn)考試、公道的焊接工藝及嚴格的過程質(zhì)量控制是優(yōu)良焊接質(zhì)量的保證。

    實踐證實：在進行尿素級不銹鋼管接頭焊接時，只有在以上環(huán)節(jié)加以良好控制，才能確保焊接質(zhì)量，滿足產(chǎn)品使用要求。