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奥氏体不锈钢管道焊接的质量控制
通过对焊接工艺的几大要素进行分析,结合实际施工,探讨不锈钢管道焊接的质量控制。
通过多个项目的施工实践,在油田管道、储罐、设备的安装施工中积累了一些经验,并对不锈钢焊接有了进一步认识。现结合实际施工,针对不锈钢焊接的质量控制,谈几点体会。
1焊接工艺的确定
不锈钢的牌号比较多,在施工中较常用的是奥氏体,如:0Cr18Ni9Ti、1Crl8Ni9Ti等。奥氏体不锈钢的焊接性比较好,相对比较容易焊接,焊接接头即使在焊态也具有较高的韧性。但与普通碳素钢相比,其导热率约为碳钢的1/3,膨胀系数却比碳钢大1.5倍。由于奥氏体不锈钢具有较低的导热率和较高的膨胀系数,在焊接过程中将会产生较大的变形和应变。焊接质量主要取决于焊接工艺是否与母材相适应,为此在确定焊接工艺时,必须从以下几大要素。
1.1焊接方法的选择
不锈钢常用的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊及自动埋弧焊。主要根据设计的介质参数、施工条件和操作环境、以及施工成本等确定。在工艺管道施工中,因管径大小不等,且管道上阀门、管件较多,使得焊口位置变化较复杂。所以一般采用手工电弧焊。
在油田站场施工中,由于输送的介质多为易燃、易爆或介质有一定清洁度要求(如润滑油等),通常我们都是采用氩弧焊打底、手工电弧焊盖面的方式焊接。
1.2焊接材料的选择
焊接材料的选择主要应从母材的化学成分、管道介质温度和压力、焊机电流(交流或直流)、焊接方法以及焊接时的环境温度等多方面考虑。奥氏体不锈钢通常采用铬镍不锈钢焊条(牌号为“A”字头)。具体牌号可根据焊条的性价比择优选用。
需要氩弧焊打底时通常选用含Ti、Nb的手工钨极氩弧焊焊丝,钨极采用铈钨极WCe-20,惰性保护气体采用99.99%的氩气。
1.3焊缝坡口形式的选择
不同的母材和焊材在焊接时对坡口尺寸的要求是不同的。这是因为,材质的化学成分和物理特性不同,其施焊时的穿透力(熔深)也不尽相同。所以在施工时一定要根据具体的材质,调整坡口的对口间隙、钝边、坡口角度。如果坡口尺寸过大,不仅会提高施工成本,还会使焊缝应力过大,易变形和产生裂纹;而坡口尺寸过小,则容易出现未焊透、夹渣等质量缺陷。在采用手工电弧焊进行作业时,因不锈钢比碳钢焊条的穿透力小。所以坡口角度及对口间隙应适当增大,可按规范给定的正偏差值进行控制,或通过试焊来确定。
1.4选择焊接电流
由于奥氏体不锈钢的电阻率为低碳钢的4倍以上,焊接时产生的电阻热较大,药皮容易发红、开裂。所以同样直径的焊条焊接电流应比低碳钢降低20%左右,焊条长度亦比同直径的碳钢焊条短,否则焊接式由于药皮的迅速发红、开裂会失去保护而无法焊接。当使用大电流时将引起焊条过热和药皮中有效成分的烧损,使焊缝保护不良容易引发缺陷,同时也得不到预期的焊缝金属成分,所以焊接电流不宜过大。一般选用较小的焊接电流为宜。
2焊前的准备工作
焊接作业前,要进行有针对性的准备。这种准备是保证焊接质量的重要组成部分。其内容主要从以下三方面考虑:
2.1焊工技能的确认
从事焊接作业的焊工必须持证上岗,并严格按操作证上注明的允许施焊项目进行作业。同时,必须做好焊工的上岗培训及考试,做好先关技术交底,合格后方能进行作业。
2.2焊接材料的管理
焊条在储存、运输期间药皮会吸潮,使药皮中的水分增加。焊条使用前必须进行烘干,降低药皮中的含水量,其目的是:减少焊接过程中的飞溅,使焊接电弧能够稳定地燃烧;防止在焊缝中产生气孔;防止产生在焊接某些合金钢时由氢引起的延迟裂纹。烘焙必须使用可控温的专用烘干箱。用多少烘多少,随用随取。烘干后的焊条应放在保温筒内使用。外露超过2h应重新烘焙。重复不宜超过3次。
2.3管道的坡口加工
不锈钢管坡口可采用机械加工或等离子切割。在施焊前,应先清除坡口处的氧化层及毛刺等。由于不锈钢与碳钢接触会产生“渗碳”现象,所以在焊道及飞溅清理时,必须使用专用砂轮和不锈钢刷子。
3焊接缺陷的成因及预防
未焊透:焊接电流小,根部间隙小,焊接速度过快、焊角度不正常等均易产生未焊透的缺陷。合适的根部间隙和焊接电流,正确调整焊角度就可避免产生未焊透。
变形:由于奥氏体不锈钢有大的膨胀系数和小的导热率,致使不锈钢在焊接时,容易出现较大的焊接变形。所以在组对时,要根据不同位置的焊缝,使用不同类型的防变形卡具,定位焊和固定焊的位置应比一般碳钢间距小。焊接时,应合理确定焊接顺序。母材厚度较大时,焊道应多层施焊,并以小线能量施焊。
氧化严重:打底焊时,管内充氩装置未能起到良好的保护作用,焊缝背面将氧化;焊接过程中对熔池及焊丝端头保护不良,或焊丝表面有氧化杂质也将会氧化严重。充氩装置尽可能与管子对严,不能留有间隙,管子的间隙用耐高温锡油纸贴上,避免焊缝氧化。
夹渣、夹钨:焊接过程中,若焊丝端头在高温过程中脱离了氩气保护区,在空气中被氧化,当再次焊接时被氧化的焊丝端头未清理,又送入熔池中,在断口试验中即判为夹渣;若钨极长度伸出量过大,焊动作不稳定,钨极与焊丝或钨极与熔池相碰后,又未终止焊接,从而造成夹钨。因管子是圆的,焊、送丝角度要随时变化,所以手法一定要稳、准,就能避免夹渣、夹钨现象的发生。
内凹:装配间隙小,焊接过程中焊摆动幅度大,致使电弧热量不能集中于根部,产生了背面焊缝低于试件表面的内凹现象。电弧热量尽量集中于根部,仰焊部位多给点焊丝可避免内凹。
裂纹:焊条烘焙后,要使用保温筒盛装。施焊环境温度宜在0℃以上,且不宜在施焊过程中发生幅度较大的波动。施焊时,焊条不应做横向摆动,运条采用向前拉,不摆动的直线运条法。在立焊时如必须进行横向摆动,摆动幅度应尽量减少,过分的横向摆动容易造成热裂纹和保护不良。采用小电流、快速焊,一次焊成的焊缝不宜过宽,最好不超过焊条直径的3倍。弧长应尽量保持短弧,长电弧不仅会引起合金成分的烧损,而且可能会由于空气中氮气的侵入造成铁素体的减少引发热裂纹。收弧时应将弧坑填满,凹陷的弧坑是很难避免热裂纹发生的。
4结语
对于安装工程来说,影响施工质量的因素很多,但焊接质量绝对是其中的重要一环,将直接影响生产安全。为此,必须不断提高施工中的焊接质量,以便更好地服务于企业、服务于社会。
文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|小口径厚壁钢管-浙江至德钢业有限公司
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