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1、不锈钢材质的焊接工艺措施在尕斯联合站的应用及效果分析2004年9月青海石油第22卷第3期不锈钢材质的焊接工艺措施在尕斯联合站的应用及效果分析芮黑强周晓林(青海油田分公司采油一厂)摘要通过焊接工艺性能对比试验,总结出了避免不锈钢材质在手工电弧焊焊接时,易产生裂纹和焊缝剥离现象的工艺措施.保证设备管网的焊接质量经实践证明在尕斯联合站.油区,气区装置安装,修补,堆焊及焊接都得到了实践及应用,并取得了良好的效果.主题词不锈钢材质(oCrl8Ni9Ti和ICrl8Ni9Ti)不锈钢管材和板材手工电弧焊条奥lO2.奥122和奥l32的修补,堆焊及焊接在现场中的应用l,前言随着青海油田的不断发展和采油一厂尕
2、斯联合站的设备,管网的不断更新和改造,不锈钢设备及管材在尕斯联合站的应用越来越广,其中油区的不锈钢换热器芯子,南区的螺旋管式换热器,气区的进口负压机,装置区的高速泵,轻烃流量计和膨胀机都是尕斯联合站的主要设备,要求其具有良好的耐腐蚀性能和耐高温及耐低温性能.由于在工作状态下,受有害介质的危害,常发生焊缝裂纹及焊缝剥离现象,对其进行修补和堆焊时采用的是奥氏体不锈钢焊条,这种焊条的各种性能和母材具备的各种性能略有不同.从而使焊缝金属淬硬倾向性相应增大,焊缝金属的硬度增加,塑性降低,焊缝金属易产生裂纹和剥离现象,直接影响设备的焊接质量.针对这种情况,经过反复的试验对比,最后经过焊前预热和焊后热处理的
3、工艺措施,从而圆满地解决了这一难题,满足了生产正常运行的需求.2,材料(1)母材oCrl8Ni9Ti和1Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢管材和板材,规格是f203mm和f604mm的管材和厚度为8mm的板材.奥氏体不锈钢在焊接过程中最容易产生贫铬现象,从而产生脆芮黑强.男,电焊技师,现采油一厂尕斯联合站工作.通讯地址.青海省花土沟镇邮编:816400第22卷第3期芮黑强:不锈钢材质的焊接工艺措施在尕断联合站的应用及效果分析89断,所以在手工电弧焊时,如何控制贫铬现象的产生是整个焊接过程的关健.1)贫铬现象的产生:贫铬区产生的原因是由于温度升高时,碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度,因此
4、多余的碳会不断地向奥氏体晶粒边界扩散,与铬化合,在晶间形成碳化铬的化合物.由于铬的扩散速度较小,来不及向晶界扩散,所以在晶间所形成的碳化铬所需要的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部,而是来自晶界附近,结果就使晶界附近的含铬量大大减少,当晶界的含铬量小于12%8ff就形成了贫铬现象.2)控制贫铬现象的发生的方法是:在焊后将焊接接头加热到1050ll50,此时碳就重新熔人奥氏体组织.将焊接接头加热至850一900保温2小时,使奥氏体晶粒内部的铬有充分时间扩散到晶界,使晶界的铬含量回复到12%(2)焊材焊接材料主要选用奥l02,奥122和奥132电弧焊条,规格是f3.2mm,长度350mm,其性能是含碳量
5、中高,焊层淬硬倾向大,堆焊层的金属硬度大,塑性低,焊缝金属易出现裂纹及剥离现象.A102,A122,A132焊条主要性能及化学成分序号机械性能化学成分(%)抗拉强度(mpa/mm)延伸率(%)碳铬镍AlO2>55>3O<O.O8l8.一2l8llAl22>55>25<O.O82o.一247lOAl32>55>25<O.O8l8.2l8ll3,主要设备焊接设备采用ZX7-400S型逆变电源,陡降外特性.由于奥氏体不锈钢焊条焊芯的电阻大,焊接时用交流电源比用直流电源更容易发红,发热,焊接停顿时焊药容易脱落,所以应采用逆变电源焊接.焊接过程中应配
6、备加热器(可用氧乙炔气焊代替)用做焊接热处理工艺措施使用.焊接工艺规范参数表焊条直径衄焊接电流A电弧电压V焊接速度厘米/分3.2lO5222528左右热处理工艺参数预热温度焊后热处理温度30o一500l050一?ll5O青海石油2004年9月4,焊接工艺性能试验我们做了四组在不同条件下的焊接工艺对比试验.如下表:序号焊前预热焊后热处理裂纹剥离l不不存在存在2不热存在存在3预不存在未见4预执未见未见从焊接工艺性能对比试验的结果可以看到,焊接不锈钢工件时,在采用焊前预热和焊后热处理的工艺措施下,焊缝金属的裂纹和焊缝剥离现象均未发生,由此可以这样认为,只要采取合适的焊前预热和焊后热处理工艺措施就能保
7、证焊接质量和满足焊接要求.5,操作过程l,先将所要补焊或焊接的部位清理干净.清除油,锈,水等污渍便十操作.做好防火准备.2,将所要焊接的工件用加热器或用氧乙炔焊加热至3005o0之间恒温2O分钟左右,方可开始焊接.3,焊前先将焊条用150200的温度烘干l小时,放人保温桶保温,以防回潮.4,为了防止在焊接过程中其它杂质混人焊缝,焊接时必须把焊缝两侧2O一30mm的范围内擦洗干净,涂上石灰粉,防止焊渣飞溅烧伤金属表面.6,焊接工艺l,由于奥氏体不锈钢的膨胀系数非常大,冷却速度较为缓慢,所以焊后工件变形大,电阻率高,焊接时易发红,发热,所以焊接时一定要采用合理的焊接顺序和正确焊接规范,必要时还可采
8、用刚性固定,采用小电流点焊焊接,以缩小热效应区,最好采用对称点焊,减小变形.为防止焊接裂纹,剥落及热变形现象的发生,焊接时用快速窄焊道,手要稳,焊条尽可能不做横向摆动.2,不要随便在焊件上引弧,以防止产生弧痕,降低耐腐蚀能力.正式焊接时应设置引弧板,在焊缝收尾处也应设置灭弧板,以保证良好的焊接质量及防腐效果.3,采用多层焊.根据工件所承受的工作压力及施工要求来决定,中压可采用三层,高压或超高压可采用四到五层.层间温度要速冷,一道焊缝后都要彻底清除熔渣,并仔细检查有无缺陷.第一道焊缝冷却到6O以下时,处理好缺陷后方可进行第二道焊缝的焊接.第二道焊缝应叠压在前一道焊缝的边缘,以此类推.从而使焊缝得
9、到了比较平滑的过渡,堆焊层第22卷第3期芮黑强:不锈钢材质的焊接工艺措施在尕斯联合站的应用及效果分析91的高度应保持在相应的焊接施工范围内.7,焊后热处理将焊接工件焊缝加热至1050l15O之间,然后快速冷却.方法:可用冷水直接喷到所焊的工件焊缝上,以达到快速冷却的目的,从而使焊缝金属的淬硬组织得到改善,防止焊接材料及母材中碳的集中,也防止了奥氏体不锈钢晶界铬含量的降低,从而减少裂纹及焊缝剥离的产生,同时提高焊缝的抗拉强度和韧性.8,焊接检验及生产运行中的效果焊后检验不可少.通过此工艺措施焊接的不锈钢材质的焊缝均未出现焊缝裂纹及焊缝剥离现象,焊缝表面光滑平整,波纹成形美观.通过各种检验也未发现
10、其它焊接缺陷存在,表明焊接成功.通过这种焊接工艺措施焊接不锈钢管材和板材在尕斯联合站的生产实际应用中取得了较好的效果.例1.南区3号螺旋管式换热器,由于在工作状态下长时间受有害介质危害的因素,使换热器容器壁焊缝产生了30mm左右的剥离现象,通过采用不锈钢的堆焊工艺,对其采取了合适的热处理工艺措施,焊接成功,从修补堆焊后至今,该换热器已连续运行了三年以上未发生任何事故.例2.气区进口负压机,由于机油温度达不到要求图2负压机蒸汽盘管焊接效果图3轻烃流量计焊接安装效果从而降低了轻烃产量.采用在负压机人孔盖开孔,在负压机内加入20X3mm的lCrl8Ni9Ti奥氏体不锈钢盘管,通人蒸汽,利用蒸汽温度对负压机机油进行加温,从而达到效果.装置区轻烃流量计的安装也是采用了焊前对工件预热,焊后对焊缝加热再采取快冷的方法进行焊接安装,焊接成功.从2000年到现在正常运行,焊缝未出现任何缺陷.9,总结通过以上所述,采取焊前预热和焊后热处理的工艺措施,焊接奥氏体不锈钢材料确实能够保证焊接质量和满足焊接要求.并在尕斯联合站的实际应用中取得了较好的效果.因此,此项焊接工艺措施值得广泛推广.