薄壁不銹鋼管焊接支架工藝及質量控制

孫紅干

中石化南京工程有限公司，江蘇南京 210011

0 前言

不銹鋼管道具有良好的耐腐蝕性，清潔程度高，壽命長，因此在化工裝置中的使用越來越頻繁，某PO 生產裝置的物料管線中大量使用了TP304 薄壁管道，其支架也很多采用TP304 的假腿型焊接型支架，在焊接過程中發現壁厚＜5mm 的管道內壁出現銹斑、凸起發渣、凹坑等缺陷，影響管道的焊接質量。本文通過對缺陷產生原因、晶相、金屬化學成分及設計要求分析，改進其焊接工藝，制定出一套新的焊接施工方案，防止各種焊接缺陷的發生。

1.缺陷產生原因分析

從現場情況來看，≥5mm 以上的不銹鋼未出現缺陷，主要原因是其母材厚度較厚，相當于氬弧焊的2-3 層打底，后續的焊接其熱量輸入不至于其發生氧化，而薄壁支架焊接產生缺陷的原因為以下幾點：

1.1 現場到貨的支腿與管道的匹配度不高，從而導致支腿與管道的間隙過大。需要較長時間的融合焊縫，不銹鋼管道為薄壁管，從而導致熔池熱量過高，造成管道內壁融化或燒穿，使內壁表面產生變化。

1.2 現場焊接位置受到限制，操作空間較小，焊接過程中操作不方便，影響焊接速度，產生過熱現象的原因。

2.晶相分析

本次晶相分析對管道A358 TP304 主管Φ273×4.19，支管A312 TP304 的Φ168.3×3.4 分析。

采用 GB/T13299，拋光方法采取機械拋光，設備型號為XJB-200/JLJ008，采取化學浸蝕，放大倍數為200 倍。

奧氏體不銹鋼是γ-Fe 中溶入了C、Cr、Ni 等化學元素形成的固溶體，由多邊形晶粒組成，晶粒內有孿晶，屬于點陣結構。

3 個試件均為奧氏體組織，其中灰、白顏色由于各晶粒暴露在磨光試樣表面上的晶面不同取向的緣故，在同樣的顯示倍數下，晶粒呈現粗細變化，可能是焊接過程中在敏化停留時間過長，在晶界處析出Cr23C6，奧氏體不銹鋼在結晶過程中，Cr 較C 更容易析出結晶，若在敏化溫度區停留時間過長，直接造成晶核富Cr，而晶界處富C 貧Cr，造成晶間過燒。

結論：晶相合格，但晶粒有粗大情況。

3.光譜分析

A358 TP304 成分為Cr：18～20，Ni：8～10.5。采用NitonXLt898 儀器對該支架上共3 個部位進行主要合金元素光譜分析，檢驗標準為GB/T 16597。三個檢件Cr 元素含量在18.3～18.9%，Ni 元素含量在8.4～8.9%，檢測結論合格。

4.設計要求

由GB/T 20801 厚度計算t=pD/2（SΦ+pY）

式中：

t-計算厚度，單位mm

P-設計壓力，單位MPa

D-管道外徑，單位mm

S-設計溫度下許用應力，單位MPa

Φ-焊件接頭系數，表A.3.A.4 選取

Y-計算系數，t＜D/6,取0.4

以p=0.8MPa，D=273mm，EFW 管 S=138MPa 常溫，Φ=1.0

得出t=pD/2（SΦ+pY）

=0.8×273/2(138×1+0.8×0.4)

=0.8mm

根據GB/T 20801.3 圖7 計算，其厚度為=C1+C2+C3+t+△，取整計算=1mm，目前管子厚度為4.19mm。

結論：合格。

5.焊接方法和參數選定

根據以上情況，母材材質未受影響，僅為母材損傷，氧化嚴重，主要與熱輸入量有關，當熱量較大時，容易產生弧坑，凹陷，發渣，氧化等情況，在常用的焊接方法中采用氬弧焊接熱量適中，采用Φ2.4mm 鈰鎢極電弧棒，噴嘴直徑10mm，采用逆變焊機WS-400(PNE60-400)TIG和高頻焊把，保持電流穩定，焊接采用氬弧焊，焊接材料選用ER308焊絲,工藝參數為：電流80-90A、電壓10-11V、焊接速度4-8 cm/min 、焊接線能量7-15KJ/cm。

6.焊接工藝

6.1 保證間隙，相貫線切割要準確，保證全焊透焊縫，保證焊透。

6.2 焊接過程避免電弧較長時間停留，不擺動焊接，提高焊接速度，降低焊接線能量。

6.3 支架的兩側呈對稱間斷焊接，層間溫度不得超過150℃，每層焊縫的接頭錯開，避免形成弧坑、夾渣和氧化現象。

6.4 對于受力要求不高的部位，焊接也可以采取間斷花焊，每隔50mm 焊接100mm。

6.5 焊接時氬弧焊槍噴嘴緊貼焊縫表面轉動，注意保持焊槍和焊縫夾角。

6.6 無論什么位置的焊接，鎢極垂直于管子的軸心，保護熔池不被長時間氧化，打底仰焊采取內填絲，立焊和平焊位置采用外填絲。

6.7 在填絲過程中切勿擾亂氬氣氣流，否則焊縫氧化。

7.質量檢驗

7.1 焊接完成后采取內窺鏡檢查焊縫焊接質量，目視無凹坑，發渣等情況。

7.2 采用支架焊縫外表面PT 檢測，Ⅰ級合格。

7.3 試壓和氣密過程中做好檢查檢驗工作。

8.結語

通過改變焊接措施，采取對稱焊或花焊，采用穩定的電流，氬弧焊接，避免常時間停留的措施，降低焊接線能量等措施，母材未出現發渣和凹坑的情況，僅個別部位出現氧化現象，可見以上改變焊接熱輸入的焊接方法的有效。