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SA335Gr.P11+TP304L厚壁管的焊接与热处理

本文介绍了镍基合金焊材在SA335Gr.P11+TP304L厚壁管异种钢焊接中的应用。先在SA335Gr.P11低合金钢坡口边缘预堆焊一定厚度的镍基合金隔离层,隔离层堆焊堆焊完成后进行焊后热处理及无损检测,能防止TP304L钢管的敏化。

1 引言

核电站原理是由原子核反应堆释放的核能通过一套动力装置将核能转变为蒸汽的动能,进而转变为电能。为了能耐高温高压,在三代核电站中大量使用了如SA335Gr.P11耐热钢管。本文针对SA335Gr.P11耐热钢管与TP304L奥氏体不锈钢异种钢进行了焊接和热处理工艺分析。

2焊接工艺分析

2.1 焊接方法的选用

目前我国核电站建设在安装过程中,工艺选用都比较的成熟和保守,主要是为了保证核电安装的质量,A335Gr.P11+TP304L异种钢的焊接对于薄壁管采用手工钨极氩弧焊进行焊接,对于大厚壁管采用手工钨极氩弧焊+手工焊条电弧焊的方法进行焊接。

2.2 焊接坡口的选择

2.3 工艺路线选择

由于设计规范要求厚壁管SA335Gr.P11焊后需要热处理,所以SA335Gr.P11+TP304L厚壁管的焊接首先得在SA335Gr.P11低合金钢坡口边缘预堆焊一定厚度的镍基合金隔离层,隔离层堆焊堆焊完成后进行焊后热处理及无损检测,最后加工坡口与TP304L管子进行焊接,如图2所示。坡口加工后隔离层的厚度不小于3mm

2.4 焊接性能分析及焊材的选用

根据设计要求所采用的焊接材料:焊丝为ERNiCr-3(φ2.0mm),焊条为ENiCrFe-3(φ3.2mm)。

3 焊接工艺

3.1 采用直流脉冲

GTAW焊直流脉冲GTAW焊较直流GTAW焊的优点:增大焊缝的深度比;防止烧穿;减小热影响区范围;增加熔池的搅拌作用,有助于减少气孔和未熔合的现象,在小电流焊接时,可增强电弧的挺度。

3.2 保护气体

采用氩-氦混合气体GTAW焊,即产品焊缝使用90%Ar+10%He,或再提高混合气中He气的含量,利用Ar气电弧稳定柔和,He气电弧发热量大而集中,增加熔深的特点,消除该异种钢产品焊缝焊接中的层间未熔合缺陷的产生。

3.3 焊接方法

对该异种钢产品焊缝应采用GTAW打底焊,手工电弧焊(SMAW)填充、盖面。

3.4 注意事项

使用镍基合金焊材必须注重焊接过程中的清理。焊件表面的油污和不洁物必须清除。多道多层焊时应进行加强层间打磨清理,因为镍基合金焊材焊接过程中表面易形成氧化膜如NiO等,由于其熔点超过2000℃,比母材高,如果不清除很容易形成焊缝夹夹物。 为了防止焊缝收缩变形,接头应力集中。对接管道组对采用同材质点固棒在坡口内均匀点固,焊接采用双人对称焊焊接,应从两侧均匀、交替施焊且两名焊工技能水平应相当,且每道起搭接接头应错开。 对于管道热处理时,采用电阻加热器进行加热,操作方便筒单,安全可靠,热处理记录可追溯性强。

4 隔离层热处理

4.1 热处理

隔离层焊接完成后立即进行消除应力热处理,如不能立即进行则应在管子冷却至室温前进行后热,热处理参数详见表4。热处理采用电阻加热局部热处理的方式,热处理设备需能自动控制和调节温度。 预热加热时电阻丝在离坡口边缘至少20mm处绕管道一周布置,用无机保温棉包裹,并铁丝绑扎固定。电阻丝离坡口边缘距离不应过大,加热时热电偶上下均匀布置。

4.2 注意事项

热处理时应注意:(1)预热至规定温度后保温半小时,方可开始焊接。(2)焊后热处理不能立即进行时需进行后热。(3)因某种原因而导致焊接中途停止,预热、后热应按原要求重新进行。(4)焊后热处理加热温度在300℃以下时,升温速度不要求。(5)焊后热处理降温至≤300℃停止通电,自然冷却;降温至≤100℃拆除加热装置。(6)所有预热、后热及焊后热处理保留曲线记录。(7)热电偶测温端紧贴焊缝并避免与加热带接触。 保温棉至少应将加热带全部覆盖。

5 结论

采用镍基合金焊材先预堆焊隔离层的方法能很好的解决SA335Gr.P11+TP304L厚壁管的焊后热处理问题,避免了TP304L钢管的敏化。多层多道焊时,焊道起弧与收弧接头错开,注意层间焊道的清理,打磨须圆滑过渡,尤其是母材侧壁应特别仔细,可防止应力集中和减少夹渣、未熔合等缺陷的产生,提高焊接一次合格率。

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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