06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼球罐的焊接

范吉明

摘要：文章通過對06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼焊接性的探討，分析了06Cr19Ni10焊接接頭中常見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，對焊接各環節進行嚴格的質量控制，從而使不銹鋼球罐的焊接質量得到了保證。

關鍵詞：06Cr19Ni10；不銹鋼；球罐；焊接

中圖分類號：TG406文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）20-0086-02

隨著我國經濟的飛速發展，對各類壓力容器儲罐的質量要求也不斷提高，壓力容器儲罐的制造技術也隨之不斷創新和進步。揚子石化的400 m3環氧乙烷球罐是我國第一臺06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼球罐，重量32 126 kg，殼體厚度12 mm，設計壓力0.5 MPa，殼體內徑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，對接焊縫長度約228 m，焊縫100%無損檢測。

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、低溫強度和機械性能，用于制造壓力容器儲罐，既能保證儲罐的使用強度，又能滿足儲罐對耐蝕性的特殊要求；但如果焊接材料選擇不當或焊接工藝不正確，極易出現應力集中、夾渣、氣孔與焊接熱裂紋等缺陷。此外，因其導熱性能差，線膨脹系數大，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器有限公司制造，單片球皮壓制而成，化學成分及機械性能見表1。

由表1可知，其基本化學成分是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，因為鋼中含鉻就能使不銹鋼在氧化介質中產生鈍化現象，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滲碳性能，并對鋼材的機械性能和工藝性能都能起到很好的強化作用。Ni與Cr配合使用時，可使金相組織由單相的鐵素體變為奧氏體和鐵素體雙相組織，經過熱處理，可以提高強度，從而使其具有更強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，含量稍高就會嚴重影響鋼的塑性和韌性，P能夠使鋼產生冷脆性，S則產生熱脆性。

1.1熱裂紋

熱裂紋的產生主要是因為奧氏體不銹鋼在焊接熔池結晶過程中，導熱系數小、線膨脹系數比較大，容易出現晶界偏析，偏析出現的物質多為低熔點共晶和雜質，它們在結晶過程中，形成抗變形能力很低的液態薄膜，最后結晶凝固，當焊接拉應力足夠大時，就會發生開裂。由于熱裂紋的產生與應力的因素有關，因此，應該正確的選擇焊接材料和焊接工藝，采用適當的焊接線能量，嚴格掌握層間溫度，以縮短焊縫金屬在高溫區的停留時間，盡量降低接頭應力，避免應力集中，并采用多層多道焊。

1.2未熔合

產生未熔合的根本原因是焊接熱量不夠，被焊件沒有充分熔化造成的。其原因包括：電流太小，焊速太快，操作不當，起焊時溫度太低，坡口及先焊的焊縫表面上有銹、熔渣及污物等。為了防止未熔合現象的出現，焊接過程中應該選擇適當的電流（稍大）、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，起焊時要使接頭充分預熱，建立好第一個熔池。

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，熔深太小；焊速太快，熔渣來不及浮出；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調節（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

導致未焊透的原因有間隙過小，坡口歪斜，錯邊嚴重；電流過小，焊速過大，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，應選擇合適的坡口形式，調節電流（稍大）、焊速（稍慢），使接頭充分預熱，建立好第一個熔池，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，氣泡來不及逸出。因此，要嚴格控制焊條的烘干溫度和保溫時間；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開，防止氣孔密集；適當增加熱輸入量，降低焊接速度，以利氣泡逸出。

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

2球罐焊接質量的控制

根據現場施工條件，在球罐焊接施工前，應做好必要的準備工作，包括焊接工藝評定、焊工資質確認、焊接設備檢驗及準備、支柱安裝、球殼板檢查及組裝等，在焊接過程中，焊接材質、焊接順序、焊接工藝及無損檢測制定如下。

2.1 焊材選擇

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

2.2焊接順序

為了使焊接過程中產生的應力分布均勻，減小球罐焊接變形，要做到均勻配置焊工，同時對稱焊接，并安排好焊接順序。焊接順序的原則是先縱縫，后環縫，先大坡口，后小坡口；順序為：赤道帶縱縫→上溫帶縱縫→上溫帶與赤道帶環縫→上、下極板縱縫→上、下極板環縫。

2.3焊接工藝

根據焊接性分析，為防止上述焊接缺陷的產生，并減少焊接變形，采用如圖1所示的V型對接坡口型式，氬弧焊打底，電焊蓋面的多層多道焊接工藝；氬弧焊時在外側焊接，內部用氬弧把進行充氬保護，氬弧焊內外同步進行；采用小電流、小的線能量。焊接工藝參數見表4。

2.4焊縫質量檢驗

2.4.1焊后外觀檢查

焊接過程實行多層多道焊，每道焊縫焊完后，應清除焊縫及兩側的熔渣和飛濺物，焊縫和熱影響區不得有焊瘤、咬肉、未熔合、裂紋、咬邊、氣孔、弧坑及夾渣等缺陷，必要時對焊縫進行局部修整。采用打磨方法去除焊縫表面焊波，打磨后對接焊縫的余高為外表面0~2.5 mm，內表面0~0.5 mm，超高部分應打磨掉。當球罐全部焊縫焊接完成后，應再次對罐體進行尺寸檢查，包括球體內徑、圓度和焊縫角變形等。

2.4.2焊后無損檢測

當焊縫表面形狀尺寸及外觀檢驗合格后，再進行焊縫內部檢驗，檢驗方法采用100%RT檢驗，并進行20%UT復驗（包括全部T型接頭），經無損檢測，球罐對接焊縫共拍片2 061張，合格2 046張，一次合格率達99.27%，主要焊接缺陷為夾渣、未熔合等。

2.5焊接缺陷返修

通過無損檢測確定焊縫內部缺陷的位置及性質，分析缺陷產生的原因，提出相應的返修方案，并作好焊接返修記錄。焊縫的返修執行原焊縫焊接時的焊接工藝，為保證返修焊縫的質量，盡可能減少焊縫的二次返修。對返修及修補后的部位進行無損檢測，返修一次性全部合格。

3結語

①擬定的焊接工藝及規程科學、合理，滿足有關規范、標準的要求，同時也符合產品設計的技術要求，成功制備了我國第一個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不銹鋼球罐的設計要求。③采用小電流、小線能量的多層多道焊接，可明顯改善和優化06Cr19Ni10焊接接頭性能，提高焊接質量。

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