燒結煙氣脫硫哈氏合金管道的焊接

李 勇

（攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠，四川 攀枝花 617000）

燒結煙氣脫硫哈氏合金管道的焊接

李 勇

（攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠，四川 攀枝花 617000）

攀鋼煉鐵廠將二期燒結煙氣脫硫煙道與吸收塔連接段管道由原管材316L不銹鋼改為哈氏合金C-276，以改善其耐腐蝕性能。在改裝過程中采用了鎢極氬弧焊，并加強了焊接的保護措施，保證了焊接質(zhì)量。

管道改造；哈氏合金；鎢極氬弧焊

攀鋼煉鐵廠燒結系統(tǒng)（二期）工程煙氣脫硫，煙氣處理量1200000m3/h。系統(tǒng)中的煙道與吸收塔連接管長度約12m，原管道材質(zhì)為不銹鋼316L，規(guī)格為ф310mm×10mm；由于工作介質(zhì)腐蝕性特別強，造成該段管道每2個月就因為腐蝕穿孔而停產(chǎn)更換，為了提高其抗腐性能，2014年2月工廠決定將管道材質(zhì)由316L不銹鋼改為規(guī)格為ф300mm×6mm的哈氏合金C-276管道。

一、哈氏合金C-276的性質(zhì)及焊接特點

1.哈氏合金C-276的性質(zhì)

超低碳型鎳基哈氏合金(Hastelloy C－276)國內(nèi)牌號NS334，是一種含鎢的鎳－鉻－鉬鍛造的合金。它以極低的硅、碳含量，特殊的物理、力學和耐腐蝕性能，在200～1090℃能耐各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕。因此在化學、石油工業(yè)等較為苛刻的工作環(huán)境中得到了廣泛的應用。哈氏合金C-276的化學成分見表1。

2.哈氏合金C-276的焊接特點

（1）與不銹鋼相比，哈氏合金C-276的導電率和導熱系數(shù)都很低，而電阻率和熱膨脹率卻很高，使整個熔池流動性差、穿透力小、熔深淺且易形成未焊透。對焊接熱裂紋較為敏感，氣孔生成的幾率偏高，焊縫區(qū)有產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向。為防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長大及碳化物的析出,一般需采用較小的焊接熱輸入量焊接。所以在焊接時應采用中等電流、焊速較快，通過減少高溫停留時間來控制焊接熱輸入量；再次，C-276合金線膨脹系數(shù)大，具有較高的熱裂紋敏感性，焊接時易產(chǎn)生熱裂紋，如凝固裂紋、多邊化裂紋和高溫失塑裂紋。因此需保證首層焊道外表面呈內(nèi)凹的形狀及填滿弧坑，以有效防止熱裂紋的產(chǎn)生。

表1 哈氏合金C-276化學成分 %

（2）哈氏合金C-276的焊接工作在環(huán)境溫度高于15℃焊接時不需要預熱，但為了防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長大和碳化物的析出，應控制低的層間溫度，一般不超過90℃。由于敏化溫度區(qū)內(nèi)晶界易發(fā)生貧Cr、Mo現(xiàn)象，導致晶間腐蝕和應力腐蝕傾向發(fā)生，應避免焊接區(qū)在高溫停留時間過長，注意快速冷卻即可防止腐蝕傾向。焊接快速冷卻時,焊縫中的氣體若來不及逸出，就易形成氣孔。因此焊前要徹底清理坡口及附近的氧化層、各種涂料、油污等，以防氣孔的產(chǎn)生。

二、焊接工藝

1.設備及焊材

焊接工藝采用手工鎢極氬弧焊焊接。焊接設備選用WS-400逆變式氬弧焊機，該焊機可避免劃弧時帶來的夾鎢缺陷，同時具有的電流衰減特性，使熄弧后熔池長時間處于氣體保護中。焊絲選擇ERNiCrMo－4，ф2.5mm；ERNiCrMo－4焊絲化學成分見表2。鎢極選用ф2.5mm的鈰鎢極，保護氣體采用高純度氬(99.99%)。

圖1 坡口角度

表2 ERNiCrMo－4焊絲化學成分 %

（2）坡口加工。

管道坡口角度如圖1所示，坡口采用等離子切割機進行加工，下料后將毛刺及熔渣打磨干凈，組對前將焊件坡口及兩側各30mm的內(nèi)外表面油污、漆和其他雜物清除干凈。用不銹鋼絲刷打磨出金屬光澤，然后用刮刀修整坡口的毛刺和鈍邊，之后再用不銹鋼絲刷打磨光滑，避免清洗時掛絲。

（3）坡口清洗。

①坡口清理用工具與坡口直接接觸部位的材質(zhì)采用無鐵專用清理工具，且保持所用工具的清潔。

②使用丙酮進行脫脂處理。

③脫脂處理后先用棉質(zhì)布料擦干水分或雜質(zhì)，然后用不含棉布料將附著在焊件表面的棉纖維擦掉，防止棉纖維對焊道的污染。

④焊絲使用前使用不銹鋼絲刷、丙酮去除表面的油脂及雜物，并在規(guī)定的放置時間內(nèi)使用。

（4）管口組對。

①定位焊縫采用與正式焊接相同的焊接材料及焊接工藝，根據(jù)該管道在預制間采用水平轉(zhuǎn)動位置焊接的實際情況，確定組對間隙為2.5mm。

②采用手工鎢極氬弧焊，每道焊口沿圓周均勻點焊4處，每處點固長度20～30mm，高度不超過壁厚的2/3。同時要將定位焊的焊縫兩端打磨成帶斜坡的凹槽，以使接頭部位能熔合良好。

③定位焊接在全保護下進行，定位焊縫不能有裂紋、氣孔、夾渣及氧化變色等缺陷，當發(fā)現(xiàn)缺陷時應及時消除。

2.焊前準備

（1）場地要求。

由于C-276管道在煙道與吸收塔連接段之間采用兩段法蘭活套連接，所以焊前做了如下準備：預制間要求平整、潔凈、干燥，嚴格控制粉塵等污染和空氣對流；焊接勞保用品保存在預制間；氬氣輸送管采用塑料軟管，不使用橡膠軟管，防止焊口被橡膠顆粒污染；焊接時采用ф20mm的大直徑噴嘴保護熔池，噴出的氬氣能夠保持穩(wěn)定的層流狀態(tài)，焊接時噴嘴距焊件的距離盡可能小，以獲得良好的保護效果。

3.焊接工藝參數(shù)及焊接操作要點

（1）焊接工藝參數(shù)。

C-276的焊接電源采用直流正接，焊縫層次為三層，焊接工藝參數(shù)見表3。

表3 焊接工藝參數(shù)

（2）焊接操作要點。

①正式焊接前，對定位焊接好待焊接的焊口，都用自粘膠帶對坡口進行密封，在管子兩端采用木塞密封，其中一木塞中間插入充氬管預先通氬氣10min進行置換后，使用配不銹鋼絲刷的角向磨光機，再對待施焊的一道坡口清理一遍，清除掉一些不可見的附著在坡口表面的氧化物和其他雜質(zhì)，并用丙酮清洗后方可進行焊接作業(yè)。

②焊接過程中，在焊槍后面增加一個通氬保護拖罩（拖罩寬為40mm，長為80mm），同時在管內(nèi)要充氬保護。在焊接過程中，拖罩和噴嘴的距離始終保持在20～30mm范圍內(nèi)，當焊接結束后，拖罩保護和管內(nèi)充氬保護不能立即結束，必須等焊縫溫度降至200℃以下，才能停止送氣。

③為了保證焊接過程中熱量不集中，焊接時采用分段焊接，分段長度為100mm左右，每一分段焊接停止后，冷卻到手摸不燙，嚴格保證焊縫層間溫度不高于90℃。

④鎢極的伸出長度要短，以不妨礙觀察熔池為限；氬氣流量要適中，流量過大不容易形成穩(wěn)定的氣流層，反而會在保護區(qū)內(nèi)形成紊流，使有害氣體浸入熔池，另外，過大的氣流使得熔池冷卻速度加快，焊縫表面容易出現(xiàn)裂紋；過小的氣流保護不到位，達不到保護效果，焊縫打底焊時，背面氬氣流量不宜過大，否則會影響正面保護效果。

⑤焊接過程中電弧保持穩(wěn)定，防止鎢極與焊件或焊絲接觸造成夾鎢；打底層采用短弧焊、快速焊，焊槍和焊絲采用直線移動，不作擺動。蓋面層焊槍也只能作微幅慢速擺動。

⑥焊絲端部在焊接過程中不能脫離保護范圍，否則焊絲端部會被氧化，如發(fā)現(xiàn)焊絲端部已經(jīng)氧化，須將氧化部分去除然后才能使用。

⑦焊接時，確保起弧與收弧的質(zhì)量，起弧和收弧點必須是在坡口內(nèi)進行，收弧時必須將弧坑填滿。送絲的時候不能將焊絲快速地一送一抽式移動，應當慢速均勻地將焊絲往熔池里面填，否則會造成保護氣體紊亂，影響保護效果。

⑧蓋面層焊接前，必須再次用配不銹鋼絲刷的角向磨光機進行層間徹底清理以及管內(nèi)充氬保護，在焊接過程中，層間溫度不得高于90℃。蓋面層的焊接，層間接頭應相互錯開。

⑨焊接結束或中斷焊接前，應在關掉高頻開關后，保持焊炬不動，慢慢熄滅電弧直至中斷，之后讓噴嘴與保護拖罩仍然在原焊接位置停留，焊接結束后，焊接區(qū)的溫度降至200℃以下才能停止管內(nèi)充氬保護并取下拖罩。

⑩焊接時焊接現(xiàn)場(預制間)始終保持干燥、清潔，環(huán)境溫度應控制在15℃以上，確保時焊接區(qū)域沒有空氣對流。

4.焊后檢查

該段管道一共9道焊口，外觀檢查無氣孔、裂紋、未熔合等缺陷，焊縫顏色大部分為銀白色，少部分為淡黃色和金黃色，證明保護效果好。經(jīng)100%X射線探傷和1.25倍壓力試驗，合格率均為100%。

三、結語

實踐證明，在二期燒結煙氣脫硫工程中哈氏合金C－276管道采用鎢極氬弧焊焊接工藝切實可行，焊縫性能能夠保證。改造后自2014年2月至今運行良好。

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1671-0711（2015）03-0055-03

2014-12-10）