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不锈钢厚壁管道的焊接实践

详细介绍材质为X6CrNiMoTi17-12-2的不锈钢厚壁管道焊接方法,重点叙述在焊接过程中需特别注意的关键环节,以及焊接实际操作要点。

1概述

马钢2250mm热轧薄板生产线是马钢“十一五”技术改造和结构调整工程项目中的关键生产线,其设计年产550t热轧带钢,其中供冷轧原料225t,供平整分卷机组原料80t,供横切机组原料50t,直发商品卷195t。工厂设计由是SMS-DEMAG总负责,马钢设计院负责转化设计,关键设备从德国进口,国内配套加工。主轧线共有10个液压系统,最大工作压力Pmax29MPa,由SMS-DEMAG提供厚壁管道材料,材质全部采用德国DIN2462标准中X6CrNiMoTi17-12-21.4571下同)的不锈钢管道,液压管道施工过程中要求最高、焊接难度最大的是覫114.3×20厚壁管的焊接,数量多达40t,一方面材料数量是限定的,另一方面管道安装后返工难度更大。

2焊接性分析

X6CrNiMoTi17-12-2不锈钢管主要用于轧机区和卷取机区的液压管道,要求对焊接头内表面成形良好,不内凹,焊瘤较小,确保液压系统要求的清洁度和焊缝经X射线探伤不低于Ⅱ级标准。从表1中的化学成份可知:X6CrNiMoTi17-12-2不锈钢属于铬镍18-8型奥氏体不锈钢,只是其化学成分与其他的铬镍18-8型奥氏体钢略有不同,主要是Mo的含量较高,但其可焊性较好。

1)铬镍奥氏体钢,导热系数约为碳钢的1/3,线膨胀系数比低碳钢约大50%,在自由状态焊接时易产生较大的焊接变形。(2)焊缝晶间腐蚀:在焊态(焊后未经热处理的状态)已有铬的碳化物的沉淀,因而形成贫铬层,最易于出现在焊接线能量过大或多层焊的条件下。(3)焊缝金属中存在一定量的稳定化元素(TiNb等),焊缝中稳定化元素和碳的数量比,要比母材规定值大一些较好。(4)刀蚀:在焊接工艺上,首先要减少近缝区过热。(5)热裂倾向;采用的焊接工艺应尽可能减少熔池过热和接头的应力,减少焊接电流,尽可能采用小的线能量和小截面的焊道。

3焊接材料的选用

X6CrNiMoTi17-12-2不锈钢虽然可焊接性好,但对于含Ni量小于10%~15%18-8系列的奥氏体钢(见表2),最为有效的提高焊缝抗裂性的手段,就是使焊缝成为γ+δ双相组织,特别是在多层焊的根部封底焊道或熔合比较大的情况下,焊缝成分被母材所稀释而得不到足够数量的δ相,这时应采用获得更多一些δ相(4%~12%)的焊丝或焊条,提高奥氏体化元素MnCN的含量。

根据母材实际的化学成分(见表2)和焊接性分析,选用的焊丝型号为H0Cr20Ni14Mo3,直径为覫2.5mm,焊条型号为A022,直径为覫2.5mm,其化学成分参见表3、表4

4焊接过程

4.1焊接方法

针对壁厚δ=20mm,直径φ=114的厚壁不锈钢管和系统要求,采用前三层用氩弧焊(TIG)焊接,后四层用手工电弧焊盖面的焊接方法,可以降低焊接成本,提高工作效率。4.2管道切割根据已往工程施工经验,不锈钢管的切割和坡口加工一般用等离子切割机进行,存在切口不整齐,而且针对大量覫114×20X6CrNiMoTi17-12-2钢管若依然用此方法切割和加工坡口,将对管材的材质和性能造成一定的影响,而且效率极低,尤其是等离子切割时的熔渣处理也较困难。在实际操作中选用带式锯床锯切速度快,且切口整齐。

4.3坡口形式与坡口加工

4.3.1坡口形式,在焊接过程中按照《现场设备、工业管道焊接施工及验收规范》(GB50236-98)的坡口形式(见图1)加工坡口,此种形式加工坡口,一般都留有0.5~1mm的钝边,但在焊接覫114×20X6CrNiMoTi17-12-2钢管操作过程中发现:留钝边的坡口在焊缝根部成形较差或融合不良现象,在X射线底片上反映出来就是未焊透,直接影响评片效果,为此在试件焊接时将坡口形式改为图2所示尺寸,就解决了上述问题。

4.3.2坡口加工

在实际操作中用机械坡口机进行加工,并用角向磨光机对毛刺进行处理,保证焊接质量。

4.4焊条、焊丝处理

焊条在使用前需在150℃的温度烘干1~2h,焊丝在使用前应将其表面的油污、杂物清理干净。

4.5管道内壁充气保护

对于X6CrNiMoTi17-12-2不锈钢管道,在焊接时背面充氮气(N2)或氩气(Ar)都能起到较好保护作用,但氮气较氩气价格低,在要求不高的场合充N2较为经济。对介质清洁度要求高的系统,如液压伺服系统对油的清洁度要求很高,需对不锈钢管道进行酸洗、冲洗,管内充N2时,根部焊缝的两侧发黑,在酸洗过程中难以清除,影响酸洗外观效果,若充Ar时就会减少此现象,经过酸洗后焊缝就显得光亮、美观。

5焊接工艺参数

根据X6CrNiMoTi17-12-2不锈钢管道的焊接要求,制定覫114×20管道的焊接工艺,钨极为钍钨极,喷嘴直径为覫12mm,熔滴过渡形式为喷射过渡,焊丝送进速度为20cm/min。其他工艺参数详见表5

6焊接操作要点

1)不允许在焊件上随便引弧,接地连接板宜用不锈钢并使之与焊件紧密接触。(2)尽量采用小电流,比碳钢小10%~15%的电流。(3)宜窄焊道,运条要稳,电弧要短,角度正确,收弧时弧坑要填满。(4)多层焊时应仔细清除前一道熔渣,并检查有无缺陷,尤其是在对口定位的焊缝在正式施焊时必须清除干净。(5)立焊时,宜采用灭弧焊,间断时间要短,立焊和仰焊时需选用比平焊小一些的焊条。(6)为了防止过热,采取速冷却原则,可以用浸湿的棉布平铺焊缝加速冷却,等焊缝冷却到60℃以下,再进行下一道焊接。(7)焊后表面处与检验,清除残留物、飞溅物和表面氧化层,其目的是提高抗腐蚀性。

7焊接检验

焊接后首先进行焊缝外观检查,然后进行X射线探伤和机械性能检验。根据德国DIN标准中X6CrNiMoTi17-12-2不锈钢管的抗拉强度要求为490~690N/mm2,焊接后通过试件力学实验实际抗拉强度为570~580N/mm2;经过X射线探伤检测,焊缝均达Ⅱ以上标准。

8结论

通过解决德国DIN标准中X6CrNi-MoTi17-12-2不锈钢管的焊接过程中的焊接材料选用、管道切割、焊接坡口加工和焊接工艺参数确定等关键环节,满足外方设计和施工规范标准要求,为实现液压系统管道材料国产化进行了实践。

文章作者:不锈钢管|大口径不锈钢管|不锈钢厚壁管|大口径厚壁钢管|厚壁不锈钢管

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