UNS S32750超級雙相不銹鋼焊接工藝

高勤義

UNS S32750超級雙相不銹鋼焊接工藝

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通過對超級雙相不銹鋼UNS S32750的焊接性能分析和相關(guān)焊接試驗，確定其焊接工藝和操作要點。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. 材料簡介

UNS S32750超級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，較高的導熱性和較低的熱膨脹系數(shù)，被廣泛應用于石油天然氣開發(fā)開采等富含氯離子、CO2和H2S的惡劣腐蝕環(huán)境中。其母材化學成分及力學性能如表1、表2所示。

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

2. 焊接性分析

S32750焊接時產(chǎn)生冷裂紋的敏感性較小，易產(chǎn)生熱裂紋，最主要的問題是焊接過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 坡口采用機械加工，坡口周圍25mm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 化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表2 力學性能

（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)光譜檢測化學成分如表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熱，當環(huán)境溫度＜-5℃時，需要將焊縫兩側(cè)100mm范圍內(nèi)預熱至10~15℃，預熱過程要溫和均勻。焊接時試件兩端和焊縫用膠帶紙完全封堵并充氬氣，用氣體檢測儀檢測試件中氧氣含量，當氧氣含量＜0.05%時開始焊接，焊接過程中要全程持續(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. 試驗數(shù)據(jù)

（1）外觀及射線檢測 經(jīng)

過第三方焊接質(zhì)檢員檢查，外觀成形較好，無明顯缺陷，射線檢測結(jié)果符合ASME IX要求。

表3 ER2594 焊絲化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表4 ER2594—16 焊條化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表5 焊接參數(shù)

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

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

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

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

（6）腐蝕試驗 根據(jù)ASTM A923—08測試方法A在40%NaOH溶液中進行腐蝕試驗，試驗角度0°，在試件熱影響區(qū)和焊縫位置均未發(fā)現(xiàn)缺陷，試驗結(jié)果合格（見圖2）。

（7）鐵素體含量測量及金相觀察 根據(jù)ASTM E562—11在40%NaOH溶液中進行鐵素體含量檢測及金相觀察，試驗結(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 硬度測試結(jié)果 （HBW）

表8 腐蝕試驗結(jié)果

圖2 腐蝕試驗結(jié)果

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

5. 結(jié)語

該焊接工藝滿足了超級雙相鋼UNS S32750焊接要求，各項技術(shù)指標均檢測合格，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，保證了超級雙相不銹鋼焊縫優(yōu)異的力學性能和耐腐蝕性能，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。