MHT系列渣漿泵雙相不銹鋼泵蓋的焊接修復

□ 趙立軍 □ 閆俊杰

中國石化催化劑有限公司長嶺分公司 湖南岳陽 414000

1 雙相不銹鋼概述

隨著工業技術的日益發展,一般奧氏體不銹鋼已難以滿足材料耐應力腐蝕、點腐蝕、縫隙隧洞式腐蝕的要求。為此,冶金工作者進行了大量研究工作,研制出奧氏體—鐵素體不銹鋼,即雙相不銹鋼。雙相不銹鋼在自身固溶組織中,鐵素體相與奧氏體相約各占一半,一般量少相的比例也需要達到30%,進而兼有鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼的優點。將奧氏體不銹鋼所具有的優良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的耐氯化物應力腐蝕性結合在一起,使雙相不銹鋼具有良好的耐腐蝕疲勞性和耐磨損腐蝕性。

在石油化工企業中,雙相不銹鋼廣泛用于制作泵、閥門等過流部件。用雙相不銹鋼制作的部件在長期使用過程中,由于各種不利因素的影響會產生損壞。為節約生產成本,延長部件使用壽命,對部件損壞部位進行焊接修復,將損壞的部件修復為原有的工作狀態,有重大應用價值。由于雙相不銹鋼的化學成分、組織、性能較為特殊,遇到的焊接問題也與其它鋼種有明顯區別,因此掌握雙相不銹鋼的焊接性能及焊接規律非常重要。筆者介紹MHT系列渣漿泵雙相不銹鋼泵蓋的焊接修復。

2 焊接性能

雙相不銹鋼具有奧氏體和鐵素體組織,兼有各自優點,具有相當好的韌性和較高的強度,焊接性能優良,熱裂傾向小,一般焊前不需要預熱,焊后不需要熱處理。

焊縫金屬在焊后自然冷卻條件下,相比母材熔池體積較小,冷卻速度快,熔化的焊縫金屬沿熱傳導方向向焊縫中心呈現柱狀、樹枝狀結晶,并發生金屬元素偏析,使焊縫組織極不穩定,導致隨后的冷卻過程容易發生組織轉變。

在正常焊接參數和焊后自然冷卻條件下,選用與母材組織相近的焊縫金屬可以達到所要求的金屬比例,同時焊縫的力學性能和耐腐蝕性能可以達到雙相不銹鋼焊接的要求。

3 焊接要求

雙相不銹鋼的焊接要求是力求使焊縫金屬熱影響區金屬與母材金屬具有相同的韌性、相同的抗腐蝕性能。焊接時,應防止鐵素體相過多產生。當焊接熱量輸入較小或焊縫截面較厚時,焊縫金屬冷卻速度較快,焊縫中的鐵素體相轉變沒有時間充分進行,焊縫中鐵素體相的比例可能會超過70%,加大母材的熔化稀釋作用,降低焊縫金屬中的鎳含量,使焊縫金屬中的鐵素體相含量增大。另外,熱影響區晶粒長大會造成焊縫金屬的韌性和耐腐蝕性能降低,所以選擇合理的焊接工藝對雙相不銹鋼的焊接而言尤為重要。

采用手工電弧焊的工藝方法,具有靈活方便的優點,并且可以實現全位置焊接。焊接前,清除焊接修復部位的雜質,保持焊接修復部位清潔。焊接時,選擇小電流、大焊接速度,減少橫向擺動。待前一道焊縫冷卻到預熱溫度后,再焊下一道焊縫。焊后進行750～800 ℃退火處理,退火處理后應快冷,防止出現δ相和475 ℃脆化。采用合理的焊接順序,控制層間溫度。若焊接修復部位填充金屬過多,則會造成反復填充面積過大,填充金屬冷卻后產生剝離裂紋。應避免出現這一情況,填充金屬的層間溫度控制在100～150 ℃范圍內。

4 渣漿泵泵蓋焊接修復

4.1 穿孔原因

MHT系列渣漿泵是中石化催化劑長嶺分公司裂化劑生產裝置的主要設備,在生產過程中,渣漿泵泵蓋經常出現穿孔,物料外泄,進而影響生產。

MHT系列渣漿泵泵蓋材質為雙相不銹鋼,含有大量鉻和鉬,抗氧能力、抗點蝕能力、抗晶間腐蝕能力都很好。

雙相不銹鋼鋼種在使用過程中存在應力腐蝕金屬開裂問題,應力腐蝕分為穿晶應力腐蝕和晶間應力腐蝕。在使用過程中,液體物料中帶有大量氣體,在葉輪高速旋轉下產生離心力,使泵蓋內部氣蝕,物料中的氯離子使泵蓋產生穿晶應力腐蝕,進而產生穿孔。

4.2 焊條選擇

泵蓋材質為雙相不銹鋼,焊接時焊縫金屬凝固和隨后的冷卻速度過快,在高溫情況下單相鐵素體組織來不及像母材那樣在1 050～1 100 ℃下保溫水淬處理,發生部分鐵素體相轉變為奧氏體相的過程。對此,在選擇修復焊接材料時,考慮化學成分與母材化學成分相匹配。

泵蓋材料與常用不銹鋼焊條材料主要化學成分對比見表1。

表1 泵蓋材料與常用不銹鋼焊條材料化學成分對比

在不銹鋼焊條材料中,A132適用于工作溫度低于30 ℃且耐腐蝕要求較高的19-10型不銹鋼,A022適用于抗硫酸、有機酸等要求較高的18-22Mo型不銹鋼,A407適用于耐高溫同類型不銹鋼,也適用于鉻13以上不銹鋼等。

根據三種不銹鋼焊條材料的化學成分及性能對比,結合雙相不銹鋼焊接要求,選用A407焊條。

4.3 修復過程

(1) 清除焊接修復部位的雜質。

(2) 采用小電流,快速焊接。

(3) 焊接修復完成后,對與腐蝕介質接觸的工作面進行拋光處理。

泵蓋修復前后對比如圖1所示。

圖1 泵蓋修復前后對比

5 結束語

雙相不銹鋼具有良好的力學性能和耐腐蝕性能,應用前景廣闊。雙相不銹鋼的焊接有許多特點,掌握雙相不銹鋼的焊接性能特點,采用適當的焊接工藝,可以很好地完成雙相不銹鋼的焊接修復工作。筆者對MHT系列渣漿泵雙相不銹鋼泵蓋成功焊接修復,填補了筆者單位雙相不銹鋼焊接技術的空白,也為這一技術在其它設備中的應用提供了支持。