304H不锈钢管埋弧焊工艺

  304H不锈钢管采用埋弧焊的焊接方法进行了工艺试验,分析了304H耐热奥氏体不锈钢管埋弧焊的特点,提出了合理的埋弧焊焊接工艺,检验焊缝质量,分析焊接接头的显微组织,测试其力学性能。结果表明:焊接工艺参数合理,在焊接接头未发现任何焊接缺陷,焊缝质量良好;焊接接头强度、塑性均可达到与母材相当的水平。304H耐热奥氏体不锈钢管采用此工艺方法焊接,完全可以获得优良的焊接接头。

  2004年,某厂承接了大庆石油化工总厂苯乙烯装置扩能改造项目的核心设备SMART反应器的制造任务,该反应器为立式结构,总高度10 284 mm,总重量127.8 t,材质为304H,规格DN4100 mm×22/30/42mm。这台设备属高温设备,设计温度为650℃,所使用的材料304H为耐热奥氏体不锈钢,该种不锈钢具有良好的高温力学性能和抗高温蠕变性能,在苯乙烯装置反应器中大量采用。文中通过焊接工艺试验,研究了焊缝的力学性能、显微组织和焊接工艺参数,最终取得了良好的焊接接头,为今后承揽304H材质压力容器的制造任务提供了技术支持。

1  SMART反应器制造技术要求

    设备主体材料为304H,材料符合ASME-SA240标准,材料为固溶状态交货。按图样要求对钢板的化学成分、力学性能、钢板晶粒度进行复验。

    反应器的AB类焊缝进行100%射线检测,符合JB4730-94<压力容器无损检测>规定的Ⅱ级合格,100% PT检查,I级合格。

2焊接工艺试验

2.1母材复验

    304H材料的化学成分和力学性能复验结果见表l和表2

2.2焊材选择

    焊接材料选用哈尔滨焊接研究所威尔焊接有限责任公司生产的44.0 mmER308H焊丝、10-60SJ601焊剂;焊丝、焊剂的化学成分见表3和表4

2.3焊接方法及焊前清理

    采用埋弧焊方法,试板(750 mm×150 mm×42mm2)加工不对称X形坡口,坡口形式如图1所示.焊接参数见表5

    由于304H耐热奥氏体不锈钢管中CSP等杂质含量很低,焊前必须防止焊接过程中CSP等杂质进入焊缝,而影响其力学性能,所以焊前坡口及其两侧各50mm范围内先用电动不锈钢丝刷除去表面杂质,露出金属光泽,然后再用丙酮擦洗,除去油脂,并涂白垩粉,以防止焊接飞溅。

2.4焊接操作要点

    (1)焊接前,对焊丝表面进行除油;焊剂严格按照焊材使用说明书进行烘干。

    (2)焊接时,尽量选用小的热输入,在保证焊接质量的前提下,采用小规范焊接参数,尽量采用多层多道焊,每焊完一道焊缝后,要等焊缝冷却后再进行下道焊缝的焊接工作。焊接时,在施焊的另一面采取通风强制冷却的方式对焊缝进行冷却,严格控制层间温度不大于100℃。

    (3)选择合理的焊接顺序,正面焊完几层后,再进行背面的焊接,以减小由于焊接所引起的变形。对于与介质接触的焊缝,要最后进行焊接,以减小焊缝由于反复受热而破坏不锈钢管焊缝的耐腐蚀性能和焊缝的晶粒度。

    (4)采用碳弧气刨时,要用砂轮彻底打磨干净,防止由于渗碳引起热裂纹。

    (5)在焊接过程中途停弧、最终结束时,要尽量填满弧坑,以防止在弧坑处产生凝同裂纹。

    (6)对焊接接头的焊接质量进行外观和内部检查,按JB4708-2000制取试样,对力学性能、硬度、晶粒度和金相组织进行测试。

3试验结果与讨论

3.1焊接质量检验

    对焊接接头外表面观察,焊缝呈银白色和淡黄色的金属光泽,属于良好的保护等级。经宏观检查和X射线无损探伤证明,焊缝截面丰满,余高合理,未发现气孔、未熔合及未焊透等缺陷。焊前无须预热,焊后未发现焊接热裂纹,表明焊接接头质量合格。

3.2焊接接头的力学性能

    埋弧自动焊的特点是热输入量高,熔池尺寸较大,冷却速度和凝周速度较慢,加剧了合金元素的偏析,促使形成粗大的初次结晶,得到的焊接接头塑性韧性较低,焊缝金属和近缝区热裂纹敏感性提高。奥氏体不锈钢管焊缝是否会产生裂纹主要取决于杂质的含量,焊缝金属中硅、硫、磷含量如超标是十分有害的,锰在很大程度上提高了焊缝的抗裂性。此次焊接工艺试验测试的焊接接头试样的力学性能、硬度、晶粒度如表6所示。从表中可以看出,304H钢采用埋弧焊所获得的焊接接头具有优良的综合性能。

3.3接头的显微组织

    304H不锈钢管埋弧焊对接接头的显微组织如图2和图3所示。可见,焊缝组织为枝晶状奥氏体+铁素体(图2),热影响区组织为奥氏体(图3)。

    焊缝中相的有利作用:一方面,铁素体散布在奥氏体晶粒的晶界,可打乱单一奥氏体柱状晶的方向性,有阻隔晶界通道并延伸总通道长度的作用,对减少晶间腐蚀是有效的;另一方面,由于铁素体的存在,大大提高了焊缝抗凝固裂纹的性能。

4结  论

    (1)304H不锈钢管采用埋弧焊,选用合理的焊接材料、坡口形状尺寸及焊接工艺参数,焊缝成形美观,焊接质量优良。

    (2)焊接接头强度、塑性、韧性均可达到与母材相当的水平,焊接接头具有优良的综合力学性能。

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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