不锈钢管的厚度及介质流速对焊接质量的影响

不锈钢管焊接中出现的烧穿和氢致开裂是国内外研究的热点,这些问题的影响因素很多,主要包括不锈钢管本体、焊前处理、焊接工艺和焊后处理。

1)不锈钢管本体

①壁厚

一般认为不锈钢管壁厚超过6.4mm是预防烧穿的最小厚度。ASME对气体管道最小壁厚开展过研究,考虑烧穿因素,研究得出不锈钢管最小壁厚与气体流速和管内压有关。在一定管内压下,不锈钢管最小壁厚随气体流速的增加而减少;在气体流速一定的情况下,管道最小壁厚随管内压的增加而减少。具体壁厚数据如表1.1所示:

W. A. Bruce等人研究表明当限制热输入时,壁厚超过3.2mm的管道不易发生烧穿[16]William Jarvis等人研究后认为热开孔在线焊接可接受的最小壁厚为4.8mm,当不锈钢管壁厚小于4mm时,合理的焊接工艺可以确保焊接成功[17]

SY/T 6554-2003标准中明确规定大多数焊接所推荐的母材厚度下限值为4.8mm。考虑烧穿因素,实际母材最小壁厚为强度设计壁厚加上安全余量(通常是2.4mm)。

②介质流速

介质流速过快会带走更多焊接时产生的热量,增强了不锈钢管管壁散热,使焊接接头淬硬倾向增加,容易诱发氢致开裂;介质流速过慢会造成热量集中,从而引起烧穿。因此介质流速要合理才能避免在线焊接问题的发生。

国外方面,国外没有在标准层面上规定介质流速,文献说明:1)介质流速较高会更快地带走热量,减少烧穿发生的可能性;2)合理的介质流速能减少烧穿与氢致开裂发生的可能性。国内方面,有企标规定管内液体介质流速不超过2m/s或气体介质流速不超过7m/s方可进行焊接,孙华[18]研究后认为附件安装焊接时,液体介质流速不大于5m/s;气体介质流速不大于10m/s。杨景顺[19]研究后认为在不锈钢管上带压焊接管件时,应对管道内的介质流速有一定的限制,介质流速必须保证焊接过程能够满足相关工艺规程的要求。可见国内方面对介质流速有过研究但没有统一说法。

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