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S31254不锈钢焊接工艺

浏览次数: 日期:2019年1月24日 11:19

S31254不锈钢焊接工艺

    我公司承接阿克苏诺贝尔化学品生化处理装置提升改造项目,使用一种美国牌号S31254的特种不锈钢材料管道,规格Φ60.3*2.77mm,一种在普通奥氏体不锈钢基础上发展起来的高合金奥氏体不锈钢。这种钢具有优异的抗点蚀、间隙腐蚀、均匀腐蚀和应力腐蚀的能力,可焊性好。广泛应用于石油化工压力容器及海洋上的结构产品。

    1、材料特性

    S31254属超低碳奥氏体不锈钢,与一般的18Cr-8Ni奥氏体不锈钢相比,其化学成分的特点是低C(比一般超低碳不锈钢的含碳量低0.025%)、高Mo(含量达6%),并加入Cu和N。化学成分和力学性能见下表

化学成分表

 

元素

C

Mn

P

S

Si

Cr

Ni

Cu

Mo

N

含量(%)

≤0.02

≤1.00

≤0.03

≤0.01

≤0.80

19.5~20.5

17.5~18.5

0.5~1.00

6.0~6.5

0.18~0.22

力学性能表

 

项目

σb/Mpa

σ0.2/Mpa

δ5/%

AKV/(J/CM2)

HB

数值

≥650

≥300

≥35

≥120

≤210

 

    2、材料的焊接
    2.1焊接性分析
    S31254
属于奥氏体不锈钢。奥氏体钢焊接一般不会产生冷裂纹,但如果焊接材料和工艺选择不当,就有产生热裂纹的倾向。与一般的18-8
不锈钢相比,该材料C、S、P等杂质元素含量更低,因此热裂纹产生的可能性会更低,但其金相组织为单相奥氏体,没有一定量的δ铁素体存在,从可焊性分析,有一定的热裂纹倾向。

    2.2焊接方法的选择

    该钢种属奥氏体不锈钢,不锈钢焊接常用的钨极惰性气体保护焊(GTAW)、手工电弧焊(SMAW)等方法均可用于该钢种的种的焊接。其中GTAW焊接方法电弧热量集中,线能量可控制到很小,焊縫金属纯净,是该钢种压力容器及管道的理想焊接方法。SMAW是一种灵活、适用范围广的焊接方法,在我国的石化设备和压力容器制造中大量使用,采用优质的焊条和合理的工艺可以得到优质的焊缝,用于该材料的焊接也较理想。
    焊接时如果仅重熔母材,不填充焊接材料,会引起焊缝金属化学成分(主要是Cr、Ni、Mo耐蚀元素)的变化,从而使焊缝的耐蚀性下降。因此,不允许用不加填充金属的GTAW方法焊接。

    2.3 焊接材料的选择
    一般奥氏体不锈钢的选材原则是选用与母材相同化学成分的焊材。由于焊接接头在组织、性能和应力分布上与母材存在差异,使焊接接头往往成为结构中的薄弱环节。该钢种耐蚀性优异,如果选用与母材相同成分的焊材,焊接接头的耐蚀性不能与母材匹配,影响设备的正常使用。因而要选用耐蚀性更高的镍基合金材料,这样才能保证焊接接头的耐蚀性与母材匹配,甚至优于母材。选用ErNiCrMo-3
属于镍基合金焊接材料,
其化学成分见下表:

 

焊材化学成分

C

Si

Mn

Cr

Mo

Nb

Fe

Ni

含量(%

0.007

0.076

0.023

22.01

9.38

3.6

0.33

64.21

    2.4焊接工艺及其评定
    由于该材料及其焊缝的组织为单相奥氏体,因此宜采用较小的热输入工艺,以防止焊缝及热影响区组织过分粗大,降低其耐蚀性。焊接时的线能量应小于1.5kJ/mm,
焊接操作采用窄焊道、高焊速的多层多道焊工艺,层间温度应低于100
℃。焊接坡口可采用V形、X形或其他形式。该材料GTAW焊接工艺参数见下表:

 

焊道/焊层

焊接方法

填充材料

焊接电流

电弧电压

(V)

焊接速度

(cm/min)

线能量

(kJ/cm)

牌号

直径

极性

电流(A)

1

GTAW

ERNiCrMo-3

Φ2.4

40-90

14-20

6-10

约0.3

2

GTAW

ERNiCrMo-3

Φ2.4

50-130

18-22

6-10

约0.5

3

GTAW

ERNiCrMo-3

Φ2.4

40-90

14-20

6-10

约0.3

 对这种高级耐蚀不锈钢,除了遵守焊接般奥氏体不锈钢应注意的事项以及保证清洁度和防止污染外,焊接时还要特别注意:坡口加工和清根不允许用碳弧气刨,应采用机加工、砂轮打磨等机械方法;焊缝两侧50mm及每层焊道应清理干净,防止杂质进人焊缝降低焊缝的耐蚀性;铜和锌熔化到焊缝会引起焊缝晶界裂纹,因此焊接部位严禁与铜和锌接触、摩擦,焊件组装时不允许用铜捶;焊接过程若突然中断或收弧过快,弧坑填不满,则弧坑处容易产生热裂纹,这一点在实际焊接过程中应引起重视。
    采用上述焊接材料和焊接工艺,按NB/T47014-2011对该规格管道的焊接工艺进行评定,面弯、背弯完好,接头强度895MPa、837MPa判定为合格。

 3 、结论
   (1)S31254是耐蚀性和工艺性能良好的材料,在国外具有广泛用途,在国内的使用效果良好,是制造石油化工压力容器设备的-种很好的耐蚀材料。
   (2)选用合适的焊接材料和合理的焊接工艺,可以得到耐蚀性能和力学性能优异的焊接接头。
   (3)S31254焊接过程除了遵守一般奥氏体不锈钢焊接的注意事项外,还应采取些特殊的工艺措施,才能保证焊接接头的优异性能。

参考文献:【1】中国机械工程学会焊接学会.焊接的材料选用手册.机械工业出版社,2003.

【2】《00Cr20Ni18Mo6CuN耐蚀不锈钢特性及焊接工艺》.李卫一,中国石油工程建设,2003年12月. (陆健健)
     

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