雙相不銹鋼SAFUREX材料焊接工藝

馬廣超

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

雙相不銹鋼SAFUREX材料焊接工藝

馬廣超

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

對中海石油華鶴煤化有限公司3052尿素項目所用材料鐵素體—奧氏體雙相不銹鋼SAFUREX進(jìn)行研究，介紹了SAFUREX材料物理及化學(xué)成分，在尿素高壓圈管道焊接過程中的焊接工藝，焊接施工過程控制，質(zhì)量控制及焊接時的注意事項。

SAFUREX；焊接工藝；焊接質(zhì)量

SAFUREX材料是由瑞典Sandvik材料技術(shù)公司開發(fā)的用于荷蘭Stamicarbon公司設(shè)計的尿素裝置的超級雙向不銹鋼。其中鐵素體含量母材為35%～60%，焊縫為35%～70%。與其它雙相鋼比較，SAFUREX材料有更高強度，更好耐點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕的能力，同時還有很好的可焊性。與奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼相比，它既不像奧氏體不銹鋼那樣，對焊接熱裂紋比較敏感，也不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區(qū)由于晶粒嚴(yán)重粗化而使塑韌性大幅降低。SAFUREX材料在相同溫度、壓力及腐蝕介質(zhì)情況下可以節(jié)省大量材料。

2011年5月中海石油華鶴煤化有限公司3052尿素項目采用荷蘭Stamicarbon2000+CO2汽提工藝和池式反應(yīng)技術(shù)，此工藝包材料采用鐵素體—奧氏體雙相不銹鋼SAFUREX，主要用于3臺高壓設(shè)備池式反應(yīng)器R06202、汽提塔E06201、高壓洗滌器R06203及相應(yīng)耐腐管道的制造。

1 SAFUREX化學(xué)成分和力學(xué)性能

1.1 SAFUREX主要化學(xué)成分

表1 SAFUREX主要化學(xué)成分%

1.2 SAFUREX力學(xué)性能

表2 SAFUREX力學(xué)性能

2 SAFUREX焊接工藝

2.1 焊接方法

SAFUREX材料具有很好的焊接性能，為了在施工中保證焊接質(zhì)量，使焊縫中的金屬具有良好力學(xué)性能和抗腐蝕能力，中國化學(xué)工程第四建設(shè)公司選擇了鎢極氣體保護(hù)電弧焊GTAW焊接方法。

2.2 焊接設(shè)備選擇根據(jù)SAFUREX材料的特點，焊接設(shè)備應(yīng)選用直流氬弧焊機，焊機型號WSM-400，焊機具有電流衰減、高頻引弧功能，焊嘴選用直徑盡可能小的焊嘴，手工鎢極氬弧焊槍W(xué)P-26。焊槍使用帶金屬元素的鎢極。

2.3 焊接材料及保護(hù)氣體

2.3.1 焊接材料

由荷蘭Stamicarbon公司提供的專用焊絲，其化學(xué)成分與母材相互匹配，焊絲牌號為SAFUREX。

2.3.2 焊接保護(hù)氣體選用

SAFUREX材料在焊接過程中，合金元素N會發(fā)生擴散現(xiàn)象，抑制鐵素體像奧氏體轉(zhuǎn)變，為了補償保護(hù)焊接過程中氮的損失，我們選擇了正面保護(hù)氣體為98%Ar+2%N2，背面保護(hù)氣體為99.99%N2。

2.4 坡口的設(shè)計及加工

坡口形式的設(shè)計對SAFUREX焊接質(zhì)量非常重要，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、資料及華鶴現(xiàn)場的實際情況，選擇坡口如圖1所示。

圖1 坡口設(shè)計

坡口加工可以采用等離子切割結(jié)合不銹鋼砂輪打磨方式，也可以采用機械加工的方式。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，小口徑管道采用磨光機加工，大口徑管道采用坡口加工機加工。坡口形式和尺寸按GB50236—2011中附錄C執(zhí)行；當(dāng)對焊組件的不等厚組對時，坡口形式和尺寸按GB50236—2011第六章執(zhí)行。加工后必須除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影響接頭質(zhì)量的表面層，并應(yīng)將凹凸不平處打磨平整，必須用不銹鋼專用磨光片。

2.5 焊接環(huán)境

焊接的環(huán)境溫度應(yīng)能保證室溫（15℃以上）。焊接時的風(fēng)速不應(yīng)超過下列規(guī)定，當(dāng)超過規(guī)定時，應(yīng)有防風(fēng)設(shè)施。手工電弧焊：8m/s，手工鎢極氬弧焊：2m/s，焊接電弧1m范圍內(nèi)的相對濕度不得大于90%。焊接使用機具必須進(jìn)行安全檢查，經(jīng)專業(yè)電工確認(rèn)合格后方可使用。焊接施焊前，應(yīng)對周圍環(huán)境加以清掃整理，并必須作好必要的防火及其他防護(hù)措施。

2.6 SAFUREX材料焊前與焊后的清理

為了保證焊接質(zhì)量，焊接前要確保焊件、焊絲表面的清潔度，可以采用以下兩種方法：機械或化學(xué)清理，對焊接坡口及兩側(cè)各2cm范圍內(nèi)的油脂、水分、鐵銹、氧化物及其他雜物進(jìn)行徹底清理。焊接前使用荷蘭Stamicarbon提供特殊的酸性膠團(tuán)對坡口進(jìn)行酸洗，消除雜物對焊縫金屬的影響。焊材在使用前用丙酮清洗干凈，以防止氫致裂紋的產(chǎn)生。焊接完成后，馬上用Stamicarbon提供的酸性膠團(tuán)消除焊縫表面氧化物，以防止影響SAFUREX耐腐蝕性。

2.7 定位焊與工卡具

定位焊采用過橋式氬弧焊，并由荷蘭Stamicarbon培訓(xùn)合格焊工焊接。點固焊焊縫的長度、厚度、間距要保證焊接時不致開裂，引弧和熄弧應(yīng)在坡口內(nèi)或焊道上；點焊時，應(yīng)均勻?qū)ΨQ。

工卡具的焊接，應(yīng)由荷蘭Stamicarbon培訓(xùn)合格焊工擔(dān)任，焊接工藝應(yīng)與正式焊接相同。與母材焊接的工卡具其材質(zhì)應(yīng)為SAFUREX。拆除工卡具時不得損傷母材，拆除后應(yīng)將殘留焊疤打磨修整和母材表面齊平，管道內(nèi)錯邊應(yīng)低于1.5mm，否則必須加工成1∶4坡度。管道焊接組對過程中盡量少使用工卡具。

2.8 焊接施工過程控制

焊接施工前應(yīng)做焊接技術(shù)交底工作，使施工焊工掌握焊接質(zhì)量要求及相關(guān)的規(guī)程、規(guī)范，并指導(dǎo)實際工作。焊接時，焊工必須嚴(yán)格遵照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行施焊。

焊接前應(yīng)將管道端坡口及其內(nèi)外表面不小于2cm范圍內(nèi)的毛刺、銹、油脂、漆、垢等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)清理干凈，表面用丙酮清洗，經(jīng)過無損檢測（PT）確任沒有裂紋后方可組對。焊接前管內(nèi)應(yīng)提前沖氮氣，并保持微弱正壓，處于流動狀態(tài)，確認(rèn)管內(nèi)空氣徹底置換干凈后方可進(jìn)行焊接。

焊接過程中應(yīng)控制焊槍角度，保證坡口兩邊熔合。盡量采用短弧焊，焊槍不宜擺動，焊絲均勻送入溶池。焊接過程中保證焊絲的加熱始終在98%Ar+2%N2的保護(hù)下，熄弧后氬弧焊把要停留在原處幾秒鐘，保證焊絲和焊縫金屬不被氧化。焊絲被氧化的部分必須剪除。根部焊接完成后等焊縫冷卻再做無損檢測（PT），確認(rèn)無缺陷后再進(jìn)行下道工序，如果發(fā)現(xiàn)缺陷必須處理。焊接過程中控制層間溫度不得高于100℃，熱輸入要在8～15kJ/cm之間。為保證小的線能量一定要采用多層多道焊。SAFUREX焊接工藝參數(shù)見表3。

Welding Technology of the Duplex Stainless Steel Safurex

Ma Guang-chao

In this paper，the ferrite-austenite duplex stainless steel SAFUREX used as the material of 3052 urea project of China Petroleum Crane Coal Chemical Company is studied.The paper introduced the physical and chemical composition of SAFUREX，and the welding technology，the process and quality control of the welding construction and the matters needing attention in the welding process of urea high-pressure ring pipe.

SAFUREX；welding technology；welding quaity

TG457.11

B

1003–6490（2016）10–0002–02

2016–09–15

馬廣超（1986—），男，吉林九臺人，助理工程師，主要負(fù)責(zé)設(shè)備及管道的施工管理工作。