316L不锈钢高压管道的焊接技术.pdf

2 01 0经 第 2 期 麓 技 术 5 Pi p e l i n e Te c h ni q ue a nd 2 01 0 No ． 2 3 1 6 L不锈钢高压管道的焊接技术 蒙 创 广东省石油化工建设集团公司， 广东广州5 1 0 2 3 5 摘要 焊接工艺是焊好 3 1 6 L高压钢管的关键 ， 论述 了3 1 6 L高压钢管的焊接技术要 求， 主要 包括管 材和焊材化学成分要求、 管材和焊材的管理、 坡 口 h-y - 和组对要求、 焊接工艺参数选用、 钨极氩弧焊的 操作要领、 焊条电弧焊的操作要领 、 焊接质量的外观检验和 内部检验、 焊缝返修等 内容。 关键词 3 1 6 L不锈钢管； 高压； 焊接技术 中图分类号 T G 4 5 7 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 0 0 2 0 0 4 0 0 3 W e l d i n g Te c h n o l o g y f o r 3 1 6 L S t a i n l e s s S t e e l Hi g h - p r e s s u r e P i p e MENG Ch u a n g G u a n g d o n g P r o v i n c e P e t r o c h e mi c a l E n g i n e e r i n g Co n s t r u c t i o n Gr o u p C o r p o r a ti o n， G u a n g z h o u 5 1 0 2 3 5， C h i n a Ab s t r a c t We l d i n g t e c h n o l o g y i s t h e k e y t o w e l d t h e 3 1 6 L s t a i n l e s s s t e e l h i g h p r e s s u r e p i p e s ． T h i s p a p e r e x p o u n d s t e e h n i e a l r e q u i r e me n t o f t h e we l d i n g t e c h n o l o g y o f t h e p i p e s ， i n c l u d i n g t h e r e q u i r e me n t s o f p i p e l i n e ma t e r i a l s a n d we l d i n g ma t e ria l s ， t h e a d mi n i s t r a t i o n o f p i p e l i n e m a t e ri a l s a n d w e l d i n g ma t e ri a l s ， t h e r e q u i r e m e n t s o f j o i n t m a c h i n i n g a n d a s s e m b l i n g ， w e l d i n g t e c h n i c a l p r e f e r e n c e s ， o p e r a t i o n ma i n p o i n t s o f GT AW a n d S MAW ， d e t e c t i o n o f a p p e a r a n c e a n d i n t e ri o r o f w e l d s e a m， we l d r e p a i ri n g e t e ． Ke y wo r d s 3 1 6 L s t a i n l e s s s t e e l p i p e ； h i g h p r e s s u r e ； we l d i n g t e c h n o l o gy 1 3 1 6 L高压管材及焊材的化学成分要求 1 ． 1 3 1 6 L高压管材的化学成分 表 1 为3 1 6 L 管材的化学成分表。 表 1 3 1 6 L管材的化学成分 ％ 化学成分 含量 化学成分 含量 C ≤0 ． 0 3 S ≤ 0 ． 03 S i ≤ 1 ． 0 0 Cr 1 6～1 8 Mn ≤2 ． 0 0 Ni 1 2～1 6 P ≤0 ． 0 3 5 Mo 1 ． 8～2 ． 5 1 ． 2 焊材的化学成分 遵循“ 等成分” 原则选择焊接材料 ， 同时为增强接 头抗热裂纹和晶间腐蚀能力， 使接头中出现少量铁素 体， 钨极氩弧焊选用焊丝 H O O C r l 9 N i l 2 M o 2 ， 选用焊条 C H S 0 2 2进行电弧焊 ， 其成分见表 2和表 3 。 表 2 焊 丝 H0 0 C r l 9 N i l 2 Mo 2化学成分 ％ 化学成分 含量 化学成分 含量 C ≤0 ． O 2 S ≤ 0 ． 0 2 0 S i ≤0 ． 6 0 Cr 1 82 O Mn 1 ． 0 0～2 ． 5 0 Ni 1 1～1 4 P ≤0 ． 0 3 0 Mo 2 ． 0 ～3． 0 表 3 焊 条 C HS 0 2 2化学成分 ％ 化学成分 含量 化学成 分 含量 C ≤0 ． 0 3 Cr 1 7 ～2 0 S i ≤O ． 9 0 Ni 1 1～1 4 Mn 0． 5 0～2 ． 5 0 Mo 2 ． 0 3 ． 0 P ≤0 ． 0 3 5 Cu ≤0． 7 5 S ≤O ． O3 收稿 日期 2 0 0 90 31 6 收修 改稿 日期 2 0 0 91 1 0 7 1 ． 3合金成分对焊接接头性能的影响 偏高的碳含量会导致 3 1 6 L钢的焊接性能下降， 而且在焊接过程中容易在晶界生成碳铬化合物， 降低 耐腐蚀性能； 硅能溶于铁素体， 具有强化和抗氧化作 用， 但含量若偏高， 会严重影响 3 1 6 L钢的焊接性； 锰 能置换 F e S为 Mn S ， 有脱硫作用 ， 同时也能改善硫化物 的分布形态， 使薄膜状F e S 改变成球体分布， 从而提高 焊缝的抗裂性， 但锰含量过高时， 会降低耐蚀性； 3 1 6 L 的晶界特性对硫、 磷等微量杂质敏感 ， 使3 1 6 L钢产生 焊接热裂纹 ， 因此应严格控制硫、 磷的含量 ； 铬能显著 提高钢的脆性转变温度， 冲击值随铬含量增加而下 降， 由于不平衡地加热和冷却， 晶界可能产生偏析产 物 ， 从而增加焊接热裂纹倾 向； 钼在较高回火温度下 ， 可弥散分布并形成特殊的碳化物， 可以改善在高温高 压下抗氢侵蚀的作用和二次硬化作用， 但钼含量多会 影响不锈钢的韧性。所有这些元 素对钢 的作用不是 简单的叠加 ， 也不是相互抵消， 它们相互之间会发生 新的物理化学作用 。 所以， 管道及管道组成件与焊接材料的化学成分 必须严格控制 ， 焊前认真审查管道材料和焊接材料的 合格证， 逐个进行光谱分析， 仔细核对其各种化学成 分含量 ， 以确保焊接后焊缝金属奥氏体形成元素 N i 、 第 2期 蒙创 3 1 6 L不锈 钢高压管道的焊接技术 4 1 M n 、 C 、 N等 和铁素体形成元素 C r 、 M o 、 S i 等 的平 衡， 获得良好的焊接接头性能。 2 3 1 6 L高压管材及焊材的管理 2 ． 1 管材管理 管子、 管件应逐个进行外观检查 ， 不得有裂纹 、 杂 渣 、 重皮等缺陷， 锈蚀 、 凹陷及其他机械损 伤的深度不 应超过产品相应标准允许的壁厚负偏差。应逐个测 量外径、 壁厚， 应符合相应标准。 管子 、 管件应逐 个进行 1 0 0 ％ 的渗透 P T 检测 ， 检测方法和缺陷评定需符合 J B 4 7 3 0 2 0 0 5的规定 ，I 级合格。经检测发现的表面缺陷允许修磨， 修磨后的 实际壁厚不应小于公称壁厚的9 0 ％。 2 ． 2 焊材管理 为确保焊材的正确使用， 必须建立严格的焊材采 购、 验收、 保管、 烘干、 发放和回收制度_ 1 j ， 使焊材入库 到 回收均能全过程追踪 ， 始终处于受控状态 。 3 焊接工艺的具体要求 3 ． 1 施焊技术准备 施焊前需严格按设计文件要求的标 准 、 规范和现 场实 际情况 编制 焊接施 工方案 ， 按 照 J B 4 7 3 02 0 0 0 钢制压力容器焊接工艺评定 的要求进行焊接工艺 评定 ， 编制焊接工艺指导书。在施工现场还必须结合 实际焊接工件 ， 编写现场接 头焊接工艺卡 ， 其 焊接施 工控制内容必须齐全 2 J 。 对焊工和管工严格进行焊接技术质量交底 ， 将接 头焊接工艺卡下发到每一个焊工和管工 ， 并在焊接班 组粘贴上墙。 3 ． 2 坡 口加工和组对要求 3 1 6 L高压管道的切割必须采用机械方法， 不允许 用等离子切割 、 碳弧气刨加工 。 合适的坡口尺寸可以兼顾母材熔合和焊缝透度， 考虑到 3 1 6 L高压管道管壁厚、 导热系数 小、 热膨胀系 数大等特性 ， 为减少焊接变形 ， 坡 口角度为 4 O 。一 5 5 。 ， 坡 口倾 角由底部 向上逐步减小 ， 近似于 u型坡 口， 坡 口间隙2 ． 0～ 2 ． 5 m r n ； 由于采用了较小的焊接电流， 熔 深小 ， 因而坡 E l 的钝边要小 ， 保证打底焊能实 现单 面 焊双面成形 ， 一般应小于 1 m m． 为了保证焊缝 焊接质量 ， 防止 焊接缺 陷的产生 ， 需对坡 口进行 渗透检测 。施 焊前必 须用角磨机对基 层焊缝坡 口及两侧各 3 0 m m范 围内的铁锈、 油污 、 水 分等进行清理 。 管道对接焊 口的组对应做 到内壁平齐 ， 内壁错边 量不宜超过壁厚的 1 0 ％ ， 并且不大于 0 ． 5 m m， 外壁错 边量应不大于 2 mm． 为了确保组对的准确度， 要设置组对质检停止 点 ， 对 已组对 未正式施 焊的管段 的材质 、 尺寸 、 角度、 编号等进行检验 ， 确认合格后方可进行焊接。 3 ． 3焊接方法 根据管道管径和壁厚的不同， 选用钨极氩弧焊或 氩电联焊进行管道焊接 ， 一般壁厚≤6 m m的管道， 采 用钨极氩弧焊焊接； 壁厚 6 m m的管道， 采用钨极氩 弧焊打底焊 ， 焊条电弧焊填充及盖面焊的焊接方法。 在保证焊透及熔合良好的条件下， 焊接参数尽量 采用小 电流、 小 电压和快速焊 ， 以减小焊接线能量 ， 也 可通过增加焊接层道数来控制焊接线能量 ， 即多层多 道焊的焊接工艺， 并采用短电弧、 快速焊、 窄道焊、 不 摆动或小摆 动 的操作 方法 ， 尽 量保持 电弧 电压 的稳 定。焊接工艺参数的选用一般如表 4所示。 表 4 焊接工艺参数 的选用 应 防止焊层厚度过厚 ， 以减少热输入 ， 并有利于 气体析出。每层焊 缝应连续焊完 ， 层 间接 头应错开。 层间温度控制在 1 0 0 c 【 以下， 采用红外线测量仪测 量。 每焊完一层焊缝， 必须彻底打磨清渣， 并经质量 检查合格后方可进行下一层焊接。 3 ． 4钨极氩弧焊的操作要领 钨极氩弧焊应选用带高频引弧的焊机， 钨极选用 铈钨棒， 钨极磨成尖部直径 0 ． 4 m m、 夹角3 0 。 ～ 6 O 。 的 尖状， 可保 证 电弧 稳定。使 用 氩气 的纯 度应 在 9 9 ． 9 6 ％以上。氩弧焊始焊时应提前送气， 停焊时滞后 停气。为防止焊缝内表面的铬等合金元素氧化， 影响 接头质量， 焊缝背面必须采用充氩保护措施。 为避免氩气浪费， 管道内部充氩保护通常有两种 方法。 1 置换充氩 ， 它是在距焊接部位 附近两侧 2 0 0 m m即可 用水溶纸、 橡胶堵板、 气球法或球囊法等装 置封堵， 用氩气将管内空气完全置换出来， 这种方法 主要用于小直径管和短管 ， 这里 以气球 法和橡胶堵板 相结合举例说明 见图 1 。 4 2 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t Ma r ． 2 0 1 0 板 图 1 堵板法和气球法相结合充氩示意 图 在接头装 配前将 堵板 安装好 ， 把 回收绳 露 于管 外 ， 以便 回收再用 ， 中间连接链需松动下坠 需距 内壁 2 0 m m以上 。然后， 将未充气的气球从焊口间隙中 放人管内， 气球 口在外。向气球内充氩， 将管内空气 挤出后把气球扎破 取 出， 同时管 内继续充 氩进 行焊 接。该法的密封性好 ， 并能在最短 的时间内将管 内氩 气含量充至最大， 保护效果很好 ， 并且缩短充气时间 ， 减少氩气浪费。但回收堵板时需经过焊缝 ， 较费力。 2 背充保护， 它是利用一根压扁的小管从对口 间隙中伸到焊接部位的背面 ， 以略小于正常氩弧焊 的 氩气流量， 游动跟踪保护， 该方法主要用于直径较大 的管子对接焊 口。背面充氩气保护时， 使用氩气流量 计 ， 采用可调节的氩气流量， 可使焊缝背面成型 良好。 氩气保护效果可根据焊缝颜色变化进行判断， 银 白色为最好 ， 蓝色次之 ， 红灰色为一般 ， 灰色或黑色表 明保护不良。焊接过程中， 焊工可根据颜色调整保护 气 ， 使焊缝达到最好的被保护效果。 定位焊应 与正式 的焊接工艺相 同。定位 焊的焊 接长度宜为 1 0～1 5 m m， 高度宜为 2 4 mm， 且不超过 壁厚 的2 ／ 3 。定位焊的焊缝不得有裂纹或其他缺陷 ， 定位焊的起弧和收尾处应圆滑过渡， 磨成缓坡形， 以 避免正式焊时引起未熔合的缺陷。正式焊接时 ， 起焊 点在两定位焊缝之间。 3 ． 5 焊条电弧焊的操作要领 焊前 C H S 0 2 2焊条必须经 3 0 0～3 5 0℃烘焙 1 h ， 防止焊接过程出现气孔 、 延迟裂纹等缺 陷。烘干温度 不宜过高 ， 烘焙 时间也不 宜过长 。最好不要 重 复烘 干， 随烘随用， 以防药皮脱落。 烘干记录表格上必须有烘干炉号 的记录 ， 且为流 水号。现场回收焊条按要求再次烘干和记录。 焊工必须使用焊条筒 ， 并在施焊时一根一根地取 用， 保证使用中的焊条温度符合要求。焊条筒每个焊 工一个 ， 不得串用。 采用电弧焊时， 坡 口两侧各 1 0 0 mm范围内应涂 白亚粉或其他防粘污剂。不允许焊条在非焊接部位 引弧， 以避免产生引弧迹点。 必须短弧直线运条， 以减少合金元素的烧损， 减 少热影响区的宽度， 有利于提高焊缝的抗晶间腐蚀能 力和减少裂 纹产生 的倾 向。熔敷金属 宽度不得超过 焊条直径 的两倍。收弧应填满弧坑 ， 以免产 生弧坑裂 纹 。应在焊后立 即除去渣皮 、 飞溅 ， 并应将 焊缝表面 清理干净 ， 进行外观检验。 4 焊接质量检验 焊接缺陷减小了焊接接头承载截面 积的有效面 积 ， 使截面应力增加 ， 更重要 的是在缺 陷周 围产生 了 严重的应 力集 中。因此 ， 焊 接缺 陷对结构 的静 载强 度、 疲劳强度、 脆性断裂以及抗应力腐蚀开裂都有重 大影响 J 。 4 ． 1 外观检查 管道焊缝表面不允许有裂纹、 未熔合、 气孔、 夹 渣、 熔合性飞溅、 咬边、 表面凹陷； 焊缝表面不得低于 管道表面。 除用肉眼检查外， 还需对焊缝进行 1 0 0 ％的渗透 检测。焊缝外观质量经必要 的补焊及 打磨后 ， 必须全 部达到合格标准。 4 ． 2 内部射线检测 3 1 6 L高压管应进行 1 0 0 ％的射线检测 ， 质量标准 不低于 J B 4 7 3 0 2 0 0 5的 Ⅱ级。 高压厚壁管对接焊缝应采用 射线检测， 以提高 检测质量和效率。 由于进行 1 0 0 ％射线探伤 ， 因此 ， 管道预制除应考 虑预制深度及方便现场焊接外 ， 还应在 固定 口的预 留 上考虑探伤工作是否能进行 。 5 焊缝返修 经无损检测判定为不合格的焊缝， 必须认真分析 不合格原 因， 确保返修合格并不得超过 3次。 6 结束语 该 3 1 6 L高压管道的焊接技术在多个工程项 目中 成功应用 ， 只要准备充分 ， 根据现场实际进行有针对 性的训练 ， 严格执行焊接工艺 ， 抓好全方位 的过程控 制 ， 均能取得 良好的焊接效果 。 参考文献 [ 1 ] 王晋生， 郑春刚， 陈丽中． 压力管道工程焊接技术与质量 控制． 管道技术与设备， 2 0 0 4 2 3 1 3 2 ． [ 2 ] 李亚江， 刘强， 王鹃， 等． 焊接组织性能与质量控制． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 田金柱． 压力管道施工焊接质量控制． 管道技术与设备， 2 0 0 8 3 4 5 4 6 ． 作者简介 蒙创 1 9 7 l 一 ， 高级工程师， 从事石油化工工程建设 安装、 质量管理工作。