UNS S32750超級(jí)雙相不銹鋼焊接工藝

高勤義

UNS S32750超級(jí)雙相不銹鋼焊接工藝

高勤義

通過(guò)對(duì)超級(jí)雙相不銹鋼UNS S32750的焊接性能分析和相關(guān)焊接試驗(yàn)，確定其焊接工藝和操作要點(diǎn)。結(jié)果表明，擬定的焊接工藝方案是可行的，焊縫性能可以得到保證，滿足了ASME及阿美規(guī)范要求，為施工提供了有力的技術(shù)保證。

1. 材料簡(jiǎn)介

UNS S32750超級(jí)雙相不銹鋼兼有奧氏體不銹鋼與鐵素體不銹鋼的特性，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為具有優(yōu)越的耐蝕性，尤其是耐局部腐蝕性能和抗氯化物腐蝕能力，較高的導(dǎo)熱性和較低的熱膨脹系數(shù)，被廣泛應(yīng)用于石油天然氣開(kāi)發(fā)開(kāi)采等富含氯離子、CO2和H2S的惡劣腐蝕環(huán)境中。其母材化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示。

中石化在沙特KJO項(xiàng)目中首次接觸到這類雙相鋼焊接并要求100%射線檢測(cè)。由于工期緊，而且沙特阿美審批程序繁多，周期較長(zhǎng)，所以快速準(zhǔn)確的確定其焊接工藝對(duì)項(xiàng)目執(zhí)行至關(guān)重要。

2. 焊接性分析

S32750焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的敏感性較小，易產(chǎn)生熱裂紋，最主要的問(wèn)題是焊接過(guò)程中如何保證焊縫的耐腐蝕性能及低溫沖擊性能。焊接接頭的相比例及金屬間相是影響耐腐蝕性能及低溫沖擊性能的關(guān)鍵因素，所以必須制定合理的焊接參數(shù)和層間溫度，控制好冷卻速度來(lái)保證合理的相比例，減少金屬間相產(chǎn)生。另外，保持焊接潔凈，防止鐵離子污染也是保證抗腐蝕性能的關(guān)鍵因素。

3. 焊接工藝

母材UNS S32750管道試件采用SCH80S、φ60.3mm×5.54mm管，選用GTAW+SMAW工藝。

（1）坡口制備 坡口采用機(jī)械加工，坡口周?chē)?5mm之內(nèi)除油并打磨干凈，坡口形式如圖1所示。

圖1 坡口形式

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 力學(xué)性能

（2）焊材選擇 焊絲選用日本KOBELCO公司生產(chǎn)的ER2594 焊絲，焊條選用瑞典SANDVIK 公司生產(chǎn)的E2594—16焊條，經(jīng)光譜檢測(cè)化學(xué)成分如表3所示。滿足ASME Section II Part C SFA-5.9和5.4的要求。

（3）焊接參數(shù) 常溫下一般不需要預(yù)熱，當(dāng)環(huán)境溫度＜-5℃時(shí)，需要將焊縫兩側(cè)100mm范圍內(nèi)預(yù)熱至10~15℃，預(yù)熱過(guò)程要溫和均勻。焊接時(shí)試件兩端和焊縫用膠帶紙完全封堵并充氬氣，用氣體檢測(cè)儀檢測(cè)試件中氧氣含量，當(dāng)氧氣含量＜0.05%時(shí)開(kāi)始焊接，焊接過(guò)程中要全程持續(xù)充氬并保持氧氣含量一直處于0.05%以下。焊接參數(shù)如表5所示。

4. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）外觀及射線檢測(cè) 經(jīng)

過(guò)第三方焊接質(zhì)檢員檢查，外觀成形較好，無(wú)明顯缺陷，射線檢測(cè)結(jié)果符合ASME IX要求。

表3 ER2594 焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 ER2594—16 焊條化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表5 焊接參數(shù)

（2）拉伸試驗(yàn) 根據(jù)ASME IX分別在0°和180°位置進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。

（3）彎曲試驗(yàn) 根據(jù)ASME IX分別在45°、225°、135°和315°位置進(jìn)行180°彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果全部合格。

（4）沖擊試驗(yàn) 根據(jù)ASMT A923—B在-40℃進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

（5）硬度試驗(yàn) 根據(jù)ASMT A384—11對(duì)母材、熱影響區(qū)及焊縫進(jìn)行硬度測(cè)試。硬度值如表7所示，均滿足規(guī)范要求。

（6）腐蝕試驗(yàn) 根據(jù)ASTM A923—08測(cè)試方法A在40%NaOH溶液中進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)角度0°，在試件熱影響區(qū)和焊縫位置均未發(fā)現(xiàn)缺陷，試驗(yàn)結(jié)果合格（見(jiàn)圖2）。

（7）鐵素體含量測(cè)量及金相觀察 根據(jù)ASTM E562—11在40%NaOH溶液中進(jìn)行鐵素體含量檢測(cè)及金相觀察，試驗(yàn)結(jié)果顯示母材、熱影響區(qū)和焊縫位置鐵素體含量均符合規(guī)范要求。

位置角度（°）尺寸/mm×mm×mm試驗(yàn)溫度/℃沖擊吸收能量/J平均功率/J結(jié)論中心焊縫010×3.3×2-40.05050合格熱影響區(qū)010×3.3×2-40.05050合格母材010×3.3×2-40.07070合格

表7 硬度測(cè)試結(jié)果 （HBW）

表8 腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

圖2 腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)ASTM G48—11方法A和阿美標(biāo)準(zhǔn)SAES—W—16在6%FeCl3溶液中保持腐蝕72h，并且測(cè)試溫度保持在35℃。試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

5. 結(jié)語(yǔ)

該焊接工藝滿足了超級(jí)雙相鋼UNS S32750焊接要求，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均檢測(cè)合格，符合ASTM和阿美規(guī)范要求，證明所選用焊接方法、焊接材料、焊接工藝正確合理，保證了超級(jí)雙相不銹鋼焊縫優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，在施工中發(fā)揮了重要作用，保障了工程的質(zhì)量。

高勤義，中石化第十建設(shè)有限公司。