00Cr17Ni14Mo2不锈钢高压管道焊接工艺.pdf

伤,无明显的气孔或裂纹缺陷。 2对阀体成品进行压水试验检测密封性,成品 率达到80以上,满足了企业的生产和质量要求。 图5 密封面堆焊效果图 5 结 论 1针对阀体密封面的空间曲面特性设计的工 艺方法是有效的。 2通过对电弧堆焊工艺理论研究与焊接试验相 结合的方法,确定最优焊接工艺参数是可行的。 3采用所编制的焊接工艺流程进行焊接,质量 是稳定的。 参考文献 [1] 高清宝,王德权.阀门堆焊技术[M ].北京机械工业出版 社, 1994. [2] 赵喆敏.高温阀门密封面的堆焊修复[ J ].山西机械, 20023 [3] 程 华,印有胜.我国阀门密封面堆焊合金现状及发展 [J ].沈阳工业大学学报, 20015 收稿日期 2005 11 22 作者简介 林砺宗, 1961年出生,博士,副教授,主要研究方 向机电一体化控制技术,机器人技术。 00Cr17Ni14Mo2不锈钢高压管道焊接工艺 广 东 省 工 业 设 备 安 装 公 司广州市 510080 张广志 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所150080 王金奎 摘要 通过对某项目00Cr17Ni14Mo2厚壁超低碳不锈钢高压管道化学成分分析,对管道进行焊接工艺评定从 而制定了正确的焊接施工工艺,保证了该项目00Cr17Ni14Mo2超低碳不锈钢高压管道的焊接质量,为类似的管道 焊接提供了技术工艺和参数。 关键词 00C r17N i14Mo2不锈钢 高压管 焊接工艺 W ELD ING TECHNOLOGY FOR 00Cr17Ni14M o2 STA INLESS STEEL HIGH2PRESSURE PIPE Guangdong Industrial Equipment Installation Company Zhang Guangzhi HarbinWelding Institute Wang Ji nkui Abstract By the chemical composition analysis of 00Cr17Ni14Mo2 stainless steel high - pressure pipe, welding pro2 cedure specification was carried out,and welding technology was established, which assured the welding quality of 00Cr17Ni14Mo2 stainless steel high - pressure pipe and offered technology and welding parameter of the similar pipes . Key words 00Cr17Ni14M o2 sta i nless steel, high2pressure pipe, welding technology 0 概 述 在公司承接施工某工程项目中,压缩空气系统高 压部分设计压力为30 MPa的管道设计中采用了 00Cr17Ni14Mo2超低碳不锈钢管道,该超低碳不锈钢管 道焊接技术要求高,而且焊后焊缝组织必须具有低磁 23焊接 2006 4 性要求,所有的焊缝进行100的射线探伤,Ⅰ 级为合 格。管子规格有 108 mm12 mm,47 mm8 mm, 38 mm8 mm,32 mm8 mm,25 mm5 mm,全部 管道采用00Cr17Ni14Mo2不锈钢材料。因此,对焊接 的质量和焊后变形与晶间腐蚀的要求很高。 1 焊接性分析 00Cr17Ni14Mo2不锈钢材料,与美国的316L,德国 的X2CrNi Mo1810,日本的SUS316L等钢号相当,属于 超低碳奥氏体不锈钢,其化学成分见表1。 表1 00Cr17N i14Mo2钢材的化学成分 CSiMnPSNiCrMo ≤0. 030≤1. 00≤2. 00≤0. 035≤0. 03012. 0～15. 016. 0～18. 02. 0～3. 0 这种钢的塑性和韧性都非常好,但由于奥氏体不 锈钢的热导率小,焊接接头容易过热而晶粒粗大,线膨 胀系数大,焊接过程热膨胀量和冷却收缩量都很大,如 果采用刚性固定法防止变形,容易产生应力集中和根 部热裂纹。理论上超低碳不锈钢是不会发生晶间腐蚀 的,如果杂质元素如磷等在晶界富集时,结果也可能会 产生晶间腐蚀现象,或者在敏化温度区停留的时间过 长也会发生贫铬而产生晶间腐蚀,由于在敏化温度区 的晶界析出铬含量很高,其邻近区也会贫铬,贫铬的金 属在腐蚀介质作用下首先被腐蚀溶解,这就是超低碳 含钼奥氏体不锈钢出现晶间腐蚀的原因。因此这种钢 的焊接工艺应该是正确选择焊接材料,配合合理的焊 接工艺参数,同时严格控制层间温度,才能够获得良好 的焊缝质量。 2 焊接工艺 2. 1 焊接方法 焊接方法是直接影响焊接质量与进度的因素,焊 条电弧焊S MAW 虽然焊接设备简单,操作方便,但其 焊接接头质量在一定程度上取决于焊工的操作技能, 焊接时的飞溅多给现场交叉作业带来不便,所以排除 了用焊条电弧焊。M IG气体保护焊,因其设备的投入 资金大,小管径打底焊的操作技术,根据现场工作环境 及条件不能采用M IG焊。TIG气体保护焊采用填充丝 为裸焊丝,在施焊过程不会产生飞溅,焊缝成形美观, 焊缝上不存在渣壳,无需清理,接头质量高,单面焊双 面成形的操作技术也相对于S MAW焊容易掌握,质量 也可以得到保证,而且TIG焊接方法选用的设备简单, 操作方便,对现场交叉做业的影响不大。因此选用了 TIG气体保护焊,电源直流正接带高频引弧焊接。采用 直流正接时工件接正极,温度较高,适于焊厚工件,钨 棒接负极温度低,可提高许可电流,同时钨极烧损小。 2. 2 焊接坡口 由于该项目00Cr17Ni14Mo2不锈钢管壁比较厚, 坡口形式采用单面V形坡口。在保证焊透和有利于操 作的前提下尽量减小坡口的角度,坡口越大,焊缝断面 积越大,焊后变形量也越大,不利于焊接变形和温度的 控制,应力也相对比较大。经过多次的焊接试验,坡口 角度控制在60 5 之间,焊后效果比较好,坡口形式 如图1所示。 图1 坡口形式示意图 2. 3 焊接材料 焊接材料选用牌号为H00Cr19Ni14Mo2,直径为 2. 0 mm焊丝,其焊丝熔敷金属化学成分见表2。这是 一种高铬高镍超低碳的不锈钢焊丝,对防止晶间腐蚀 有利,在焊接时焊丝要保持干燥和清洁。 表2 H00Cr19N i14Mo2焊丝熔敷金属化学成分 CCrNiMnSiMo ≤0. 0318. 00～20. 0011. 00～14. 001. 0～2. 5≤0. 602. 00～3. 00 33焊接 20064 w w w . b z f x w . c o m 2. 4 焊接工艺要求 1保护气体氩气,纯度 ≥99. 95。 2焊机采用CZY - 150型直流弧焊机。 3清理对口前必须把坡口内外两侧面15 mm 范围内的油污、 毛刺及其它对焊接有害物质清理干净。 4对口对口间隙不能太小,便于焊丝的送入,错边 量不得超过壁厚的10且小于1 mm,间隙为2～2. 5 mm。 5不得用碳钢材质作为地线接线柱,应将地线 接线柱紧固在焊件上。 6定位焊以 47 mm8 mm管子焊接为例采 用直接在焊件上正式施焊固定,在定位焊前应先对管 内通气保护,当氩气把管内的空气等有害气体置换出 管外后就可以进行定位焊。定位焊时采用与正式施焊 时一样的焊接参数,长度为7～10 mm,位置在2∶00至 2∶30和9∶30至10∶00定位焊固定如图2所示 , 定位 焊不得有缺陷。在定位焊后用木锤轻打6∶00位置,使 管道两端轻微向下弯曲。 图2 定位焊位置示意图 7 00Cr17Ni14Mo2不锈钢高压管道的管子规格 为 47 mm8 mm,接头形式为V形坡口对接,其焊接 工艺参数见表3。 表3 00Cr17N i14Mo2不锈钢高压管道焊接工艺参数 焊接 层次 填充金属 牌号直径d/mm 钨极直径 d0/mm 电流 种类 极性 焊接电流 I/A 电弧电压 U/V 焊接速度 v/ cmmin- 1 气体流量 Q/ Lmin- 1 1H00Cr19Ni14Mo22. 02. 4直流正接85～1009～104～612 2H00Cr19Ni14Mo22. 02. 4直流正接90～1059～1010～1212 3H00Cr19Ni14Mo22. 02. 4直流正接90～1059～1110～1212 4H00Cr19Ni14Mo22. 02. 4直流正接85～959～1110～1212 5H00Cr19Ni14Mo22. 02. 4直流正接85～959～1110～1212 6H00Cr19Ni14Mo22. 02. 4直流正接85～959～1110～1212 3 焊接操作过程 3. 1 底部层焊缝的焊接 以 47 mm8 mm管子焊接为例底部层焊接焊 枪作横向月牙形摆动,先在6∶00位置起弧焊接到9∶30 定位焊处。在焊接过程中焊丝端头保持不离开熔池并 不断填入和向前移动,这样可以提高焊丝的熔化速度 并让焊丝分担了一部分热量,减小焊件热输入和焊丝 端部氧化,降低在送丝过程中对气体保护的影响。在 焊接底部6∶00到7∶00位置时要注意焊丝均匀送入速 度,以免底部出现内凹现象。收弧时应减慢焊接速度, 增加焊丝填充量,填满熔池以免出现弧坑、 热裂纹和缩 孔。电弧熄灭后焊枪喷嘴仍要对准熔池以延续氩气保 护,防止氧化。 用同样方法完成6∶00至3∶00定位焊位置的焊接。 这时可以用手电筒检查下半部分焊缝的熔合情况,发 现问题可以立即处理。接着焊接2∶30至12∶00位置, 再回头焊完10∶00至12∶00位置。完成根部焊接后马 上用清水强行降温,使温度快速下降到450℃以下。 在12∶00位置焊接收口时要注意温度的控制,温度太 高容易产生焊瘤,温度太低或焊接速度太快容易产生 末熔合或气孔。其底部层的焊接顺序为I - II - III - I V,如图3所示,焊丝与焊枪角度如图4所示。 由于先焊管道的下半部分和在定位焊时留着轻微 43焊接 2006 4 w w w . b z f x w . c o m 的反变形,当焊完底部焊缝后,管道形成向下6∶00位 置弯曲,其弯曲量在2左右,为以后的焊接提供了一个 大反变形量。减少了因反变形量大增加了对口的难度 和由于反变量大而引起的错口量。因其能够自由收 缩,焊接残余应力和应力集中也得到相应的降低。 图3 焊接顺序 3. 2 中间层和盖面层的焊接 这两层的焊接都不作横向摆动,采用多层多道快 速焊接,层间温度应控制在60℃,中间层采用两道焊 完成,盖面层采用3道焊完成,如图5所示,这样可以 减少热输入,降低接头的高温停留时间,防止有害元素 磷进入晶间和晶间的贫铬而引起晶间腐蚀。在焊完每 个焊道后就马上用清水进行降温冷却,降低其敏化区 的停留时间,快速把层间温度控制在60℃,提高生产 效率。 由于中间层和盖面层都是在6∶00起弧12∶00收 弧,这样每道焊的热量都比较集中在顶部,即每道焊的 冷收缩量都是向上收缩,因此可以抵消打底层焊完时 管道向下弯曲的变形量,使得整个焊件焊完后,由于不 同层次产生的相反收缩变形相互抵消其变形量,而减 少焊后收缩引起的弯曲和分散应力集中。 图4 焊枪和焊丝角度图 3. 3 焊接注意事项 1在整个焊接过程中,应始终保持短弧施焊,同 时焊枪与工件的角度应保持在70 ～80,焊丝与工件 的角度应保持在10 ～20,否则极易产生气孔。 2不得在焊缝之处的管道面打火引弧和收弧。 3钨极伸出长度也要跟着焊接层次的不同作适 当的调整。 图5 焊道示意图 4 质量检查及结果 1焊缝表面光滑,成形良好,表面呈金黄色。 2外观进行自检,未存在未熔合和表面气孔等 缺陷,弯曲变形量小于1 。 3按GB33291987进行射线探伤检验,全部合 格。 4按GB /T26511989焊接接头拉伸试验方 法 进行拉伸试验,全部合格。 5按GB /T26531989 焊接接头弯曲及压扁试 验方法 进行弯曲试验,全部合格。 6晶间腐蚀检测合格。 5 结 论 通过对00Cr17Ni14Mo2超低碳不锈钢高压管道的 焊接工艺评定,制定合理的焊接工艺并用于施工,在施 工中加强施工管理,严格控制焊接工艺参数,保证了焊 接质量,避免返工操作,达到事半功倍的目的,管道焊 接焊口一次合格率达到99。实践证明此工艺既可以 保证质量,又能缩短工期,大大节约了工程资金,也为 同类型钢材和相关奥氏体超低碳不锈钢的焊接提供了 焊接工艺和数据参考。 收稿日期 2006 01 11 作者简介 张广志, 1969年出生,工学学士,高级工程师,长期 从事建筑机电工程、 工业设备安装的项目施工及技 术管理工作。 53焊接 20064