06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼球罐的焊接

范吉明

摘要：文章通過(guò)對(duì)06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼焊接性的探討，分析了06Cr19Ni10焊接接頭中常見(jiàn)的焊接缺陷及防止措施，并制定了合理的焊接工藝，采用小電流、小線能量的多層多道焊，對(duì)焊接各環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，從而使不銹鋼球罐的焊接質(zhì)量得到了保證。

關(guān)鍵詞：06Cr19Ni10；不銹鋼；球罐；焊接

中圖分類(lèi)號(hào)：TG406文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）20-0086-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)各類(lèi)壓力容器儲(chǔ)罐的質(zhì)量要求也不斷提高，壓力容器儲(chǔ)罐的制造技術(shù)也隨之不斷創(chuàng)新和進(jìn)步。揚(yáng)子石化的400 m3環(huán)氧乙烷球罐是我國(guó)第一臺(tái)06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼球罐，重量32 126 kg，殼體厚度12 mm，設(shè)計(jì)壓力0.5 MPa，殼體內(nèi)徑Φ9 200 mm。球罐屬于赤道正切式支撐、混合瓣式單層球罐，由赤道帶、上溫帶、上下極板等4帶組成，共有38塊球殼板，其中赤道帶板16塊，上溫帶板16塊，上、下極帶板各3塊，對(duì)接焊縫長(zhǎng)度約228 m，焊縫100%無(wú)損檢測(cè)。

06Cr19Ni10屬于奧氏體不銹鋼，其組織為奧氏體（A）加3%~5%鐵素體（F），具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械性能，用于制造壓力容器儲(chǔ)罐，既能保證儲(chǔ)罐的使用強(qiáng)度，又能滿足儲(chǔ)罐對(duì)耐蝕性的特殊要求；但如果焊接材料選擇不當(dāng)或焊接工藝不正確，極易出現(xiàn)應(yīng)力集中、夾渣、氣孔與焊接熱裂紋等缺陷。此外，因其導(dǎo)熱性能差，線膨脹系數(shù)大，焊接變形也較大。

1焊接性分析

06Cr19Ni10不銹鋼球殼板是由大連金鼎石油化工機(jī)器有限公司制造，單片球皮壓制而成，化學(xué)成分及機(jī)械性能見(jiàn)表1。

由表1可知，其基本化學(xué)成分是C：0.044%，Cr：18%，Ni：9.05%。其中Cr是決定不銹鋼抗腐蝕性能的主要元素，因?yàn)殇撝泻t就能使不銹鋼在氧化介質(zhì)中產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，即在表面形成一層致密的氧化膜，從而使鋼材具有抗氧化性和抗?jié)B碳性能，并對(duì)鋼材的機(jī)械性能和工藝性能都能起到很好的強(qiáng)化作用。Ni與Cr配合使用時(shí)，可使金相組織由單相的鐵素體變?yōu)閵W氏體和鐵素體雙相組織，經(jīng)過(guò)熱處理，可以提高強(qiáng)度，從而使其具有更強(qiáng)的不銹耐蝕性和良好的形變性能。而P、S為鋼中的有害物質(zhì)，含量稍高就會(huì)嚴(yán)重影響鋼的塑性和韌性，P能夠使鋼產(chǎn)生冷脆性，S則產(chǎn)生熱脆性。

1.1熱裂紋

熱裂紋的產(chǎn)生主要是因?yàn)閵W氏體不銹鋼在焊接熔池結(jié)晶過(guò)程中，導(dǎo)熱系數(shù)小、線膨脹系數(shù)比較大，容易出現(xiàn)晶界偏析，偏析出現(xiàn)的物質(zhì)多為低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)，它們?cè)诮Y(jié)晶過(guò)程中，形成抗變形能力很低的液態(tài)薄膜，最后結(jié)晶凝固，當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時(shí)，就會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。由于熱裂紋的產(chǎn)生與應(yīng)力的因素有關(guān)，因此，應(yīng)該正確的選擇焊接材料和焊接工藝，采用適當(dāng)?shù)暮附泳€能量，嚴(yán)格掌握層間溫度，以縮短焊縫金屬在高溫區(qū)的停留時(shí)間，盡量降低接頭應(yīng)力，避免應(yīng)力集中，并采用多層多道焊。

1.2未熔合

產(chǎn)生未熔合的根本原因是焊接熱量不夠，被焊件沒(méi)有充分熔化造成的。其原因包括：電流太小，焊速太快，操作不當(dāng)，起焊時(shí)溫度太低，坡口及先焊的焊縫表面上有銹、熔渣及污物等。為了防止未熔合現(xiàn)象的出現(xiàn)，焊接過(guò)程中應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)碾娏鳎ㄉ源螅?、焊速（稍慢），正確的極性，注意母材熔化情況，將坡口及前道焊縫上的熔渣及贓物清除干凈，起焊時(shí)要使接頭充分預(yù)熱，建立好第一個(gè)熔池。

1.3夾渣

夾渣主要是由于操作原因，使熔池中的熔渣來(lái)不及浮出，而存在于焊縫之中。主要原因包括：焊接電流太小，熔深太??；焊速太快，熔渣來(lái)不及浮出；前一層的熔渣清理不干凈，接頭處理不徹底；坡口處有銹、垢、泥沙等。主要的防止措施有適當(dāng)調(diào)節(jié)（加大）焊接電流，控制焊接速度，造成熔渣浮出條件，徹底清理前一焊道的熔渣，徹底清理坡口的油污、泥沙、銹斑等。

1.4未焊透

導(dǎo)致未焊透的原因有間隙過(guò)小，坡口歪斜，錯(cuò)邊嚴(yán)重；電流過(guò)小，焊速過(guò)大，電弧偏吹，起焊處溫度低；雙面焊清根不徹底，坡口根部有銹、油、污垢，阻礙金屬很好地熔化。因此，為了有效的防止焊接未焊透，應(yīng)選擇合適的坡口形式，調(diào)節(jié)電流（稍大）、焊速（稍慢），使接頭充分預(yù)熱，建立好第一個(gè)熔池，雙面焊清根要徹底，坡口及鈍邊上的油、銹、渣、垢一定要清理干凈。

1.5氣孔

出現(xiàn)氣孔主要原因有：空氣濕度太大；焊條溫度太低，焊絲表面不清潔；焊材、母材上的油、銹、水、漆等污物未清理干凈；焊速太快，氣泡來(lái)不及逸出。因此，要嚴(yán)格控制焊條的烘干溫度和保溫時(shí)間；徹底清理坡口及焊絲上的油、銹、水、漆等污物；多層多道焊的各層各道的接頭要錯(cuò)開(kāi)，防止氣孔密集；適當(dāng)增加熱輸入量，降低焊接速度，以利氣泡逸出。

綜上所述，應(yīng)選取正確的焊接材料，制定合適的焊接工藝，嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，采取合理的焊接順序，以提高06Cr19Ni10不銹鋼球罐的焊縫質(zhì)量和性能。

2球罐焊接質(zhì)量的控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，在球罐焊接施工前，應(yīng)做好必要的準(zhǔn)備工作，包括焊接工藝評(píng)定、焊工資質(zhì)確認(rèn)、焊接設(shè)備檢驗(yàn)及準(zhǔn)備、支柱安裝、球殼板檢查及組裝等，在焊接過(guò)程中，焊接材質(zhì)、焊接順序、焊接工藝及無(wú)損檢測(cè)制定如下。

2.1 焊材選擇

在選擇焊接材料時(shí)，一般按等強(qiáng)度原則進(jìn)行選擇，既要滿足焊接工藝性要求，使接頭成分與母材匹配，又要滿足強(qiáng)度性能要求。選擇使用GTS-308焊絲和A102焊條，其化學(xué)成分分別見(jiàn)表2、表3。

2.2焊接順序

為了使焊接過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力分布均勻，減小球罐焊接變形，要做到均勻配置焊工，同時(shí)對(duì)稱焊接，并安排好焊接順序。焊接順序的原則是先縱縫，后環(huán)縫，先大坡口，后小坡口；順序?yàn)椋撼嗟缼Эv縫→上溫帶縱縫→上溫帶與赤道帶環(huán)縫→上、下極板縱縫→上、下極板環(huán)縫。

2.3焊接工藝

根據(jù)焊接性分析，為防止上述焊接缺陷的產(chǎn)生，并減少焊接變形，采用如圖1所示的V型對(duì)接坡口型式，氬弧焊打底，電焊蓋面的多層多道焊接工藝；氬弧焊時(shí)在外側(cè)焊接，內(nèi)部用氬弧把進(jìn)行充氬保護(hù)，氬弧焊內(nèi)外同步進(jìn)行；采用小電流、小的線能量。焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

2.4焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

2.4.1焊后外觀檢查

焊接過(guò)程實(shí)行多層多道焊，每道焊縫焊完后，應(yīng)清除焊縫及兩側(cè)的熔渣和飛濺物，焊縫和熱影響區(qū)不得有焊瘤、咬肉、未熔合、裂紋、咬邊、氣孔、弧坑及夾渣等缺陷，必要時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行局部修整。采用打磨方法去除焊縫表面焊波，打磨后對(duì)接焊縫的余高為外表面0~2.5 mm，內(nèi)表面0~0.5 mm，超高部分應(yīng)打磨掉。當(dāng)球罐全部焊縫焊接完成后，應(yīng)再次對(duì)罐體進(jìn)行尺寸檢查，包括球體內(nèi)徑、圓度和焊縫角變形等。

2.4.2焊后無(wú)損檢測(cè)

當(dāng)焊縫表面形狀尺寸及外觀檢驗(yàn)合格后，再進(jìn)行焊縫內(nèi)部檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法采用100%RT檢驗(yàn)，并進(jìn)行20%UT復(fù)驗(yàn)（包括全部T型接頭），經(jīng)無(wú)損檢測(cè)，球罐對(duì)接焊縫共拍片2 061張，合格2 046張，一次合格率達(dá)99.27%，主要焊接缺陷為夾渣、未熔合等。

2.5焊接缺陷返修

通過(guò)無(wú)損檢測(cè)確定焊縫內(nèi)部缺陷的位置及性質(zhì)，分析缺陷產(chǎn)生的原因，提出相應(yīng)的返修方案，并作好焊接返修記錄。焊縫的返修執(zhí)行原焊縫焊接時(shí)的焊接工藝，為保證返修焊縫的質(zhì)量，盡可能減少焊縫的二次返修。對(duì)返修及修補(bǔ)后的部位進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，返修一次性全部合格。

3結(jié)語(yǔ)

①擬定的焊接工藝及規(guī)程科學(xué)、合理，滿足有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)也符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，成功制備了我國(guó)第一個(gè)06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼球罐。②選用GTS-308焊絲和A102焊條，焊接性能良好，滿足06Cr19Ni10不銹鋼球罐的設(shè)計(jì)要求。③采用小電流、小線能量的多層多道焊接，可明顯改善和優(yōu)化06Cr19Ni10焊接接頭性能，提高焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓麗娟,范紹林,稅小勇,等.不銹鋼復(fù)合板球罐焊接方法[J].金屬加工,2008,(24).

[2] 汪輝,劉淑延.1 000 m3輕烴球罐焊接缺陷成因分析及對(duì)策[J].化工機(jī)械,2006,(6).

[3] 徐峰.0Crl8Ni9不銹鋼儲(chǔ)能焊接頭微觀組織分析[J].金屬鑄鍛焊技術(shù),2009,(3).

[4] 顧紀(jì)清,陽(yáng)代軍.管道焊接技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005,(6).

[5] 陶象明.KHR32C高溫爐管焊接[J].石油化工建設(shè),2005,(1).

[6] GB 12337-1998,鋼制球形儲(chǔ)罐[S].

[7] 王清.鋼制球罐焊接質(zhì)量分析與裂紋控制[J].化肥設(shè)計(jì),2004,(1).

[8] 王煥軍.低合金調(diào)制高強(qiáng)度鋼球罐的焊接質(zhì)量控制[J].焊接技術(shù),2004,(5).

endprint