西安不銹鋼管道的焊接技術及質量控制

尿素裝置具有高溫、高壓、易燃、易爆和易腐蝕等特點，屬特別危險生產區域。尿素生產中的介質有液氨、氨水、CO2、尿素溶液和尿素甲銨溶液等。其中，腐蝕性*強的介質是高溫高(中)壓下的甲銨液和尿素甲銨液，對材料產生多種腐蝕。尿素裝置工程管道是重點，應用于甲銨液和尿素甲銨液等主要工藝介質管道的尿素級不銹鋼管道的焊接則是重中之重。本文結合實踐，回納論述了尿素級不銹鋼焊接的質量控制。

一、尿素級不銹鋼簡介

用于尿素高壓圈的奧氏體不銹鋼形成了不同于常規的奧氏體不銹鋼，尿素級奧氏體不銹鋼材料的化學成分符合德國不銹鋼材料標準中材料號1.4435(317L)1.4429(00Grl7Nil 3M02N)或美國標準AISI 316L的要求，但對Cr、Ni、Mo的*低含量另外做了限制，其目的是通過化學成分的控制使不銹鋼在**熱處理后(包括焊接熔敷金屬)能獲得全奧氏體組織，并使鐵素體的含量不超過0.6％。此外，對晶間腐蝕傾向試驗(休氏試驗)和選擇性腐蝕提出了要求。這類不銹鋼材料通常稱為尿素級(Urea Grade)316L或改良型(Mod)316L，尿素級或改良型奧氏體不銹鋼廣泛用于尿素高壓設備以及相應的管道。國外一些有名的不銹鋼廠商均生產尿素級316L不銹鋼，其中*有影響的是荷蘭斯太米卡邦公司的316Lmod，其他有瑞典Sandvk公司的3R60uG、Avesta公司的832sKRN，日本神戶制鋼所的KES-UI。目前，國內生產的一些尿素級不銹鋼還不能完全滿足質量要求，尿素裝置用尿素級不銹鋼材料主要來源于進口。

二、尿素級不銹鋼焊接性分析

一般說來，尿素級不銹鋼與其他奧氏體不銹鋼一樣有比較好的焊接性能，但由于焊接過程是一個在短時間內完成的復雜冶金過程，焊接接頭(包括熔敷金屬、熔合線及熱影響區)的力學性能、金相組織及耐腐蝕性能總是難于達到母材的水平。焊縫是一個薄弱的環節，很多設備的腐蝕和損壞經常發生在焊縫四周，因此正確選用焊接材料和制訂公道的焊接工藝在尿素設備制造中是一個很重要的題目。

尿素級不銹鋼為純奧氏體不銹鋼，純奧氏體不銹鋼在焊接時輕易產生熱裂紋，這種裂紋屬于結晶裂紋，發生在高溫狀態，常溫下不再擴展。熱裂紋產生的原因是由于奧氏體不銹鋼導熱系數小、膨脹系數大，延長了焊縫金屬在高溫區的停留時間，增加了焊縫在高溫時經受的拉伸應變。另外，純奧氏體焊縫的晶問往往存在低熔點的夾雜物，在凝固結晶后期以液態膜的形式存在于奧氏體晶粒之間，在一定的拉應力下開裂并擴展形成晶間裂紋，能形成低熔點夾雜物的元素有S、P等。防止純奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋產生可以采用很多措施，如進步焊縫中Mn的含量，ωMN=4％～6％時對防止熱裂紋相當有效，嚴格限制焊縫中s、P等雜質元素含量。在焊接時進步焊接熔池的冷卻速度，在工藝上采取相應措施如短弧焊、低熱輸進、窄焊道技術等以加快熔池冷卻，對防止焊接熱裂紋都是有效的。

尿素級不銹鋼是單相的奧氏體組織，但在鋼種標準成分規定的范圍內，由于成分配比和生產工藝控制過程的不同往往可能存在少量的鐵素體，由于鐵素體在尿素介質中輕易產生相的選擇性腐蝕，尿素級不銹鋼(包括焊接熔敷金屬)要求鐵素體含量不超過0.6％。

通過以上分析可以看出，在尿素級不銹鋼焊接時有兩個關鍵控制內容：鐵素體含量和焊接熱裂紋。

三、尿素級不銹鋼焊接技術和質量控制措施

  1．材料的驗收、保管

  材料必須具有材料試驗報告和合格證。

  管道、管道組成件逐件測定鐵素體含量。檢驗設備采用鐵素體丈量儀，鐵素體含量檢驗前，應將被檢測部位及檢測探頭用丙酮或酒精清洗干凈，再進行檢測；檢測過程中，要常清洗檢測探頭，確保其不受鐵索體的污染，以保證檢測結果的正確性。鐵素體含量分歧格的管道及管道組成件和焊接材料嚴禁投進施工。

    經過檢驗合格的原材料及焊材的保管要求設專庫進行同一治理，不答應與其他材料接觸。對檢驗合格的不銹鋼材料，應作確認標記。在施工過程中應將該標記移植到零件的明顯部位。使用不含金屬顏料、硫化物或氯離子含量≤25mg／L的防水墨水或油漆等在不銹鋼上書寫標記。

    焊條、焊絲等焊接材料的按爐(批)號檢驗鐵素體含量。有疑問時進行化學成分分析、鐵素體含量測定、晶問腐蝕傾向試驗、選擇性腐蝕檢查及金相檢查。

  2．焊接方法

  壁厚≤8mm，采用全氬弧焊焊接；壁厚>8mm，采用氬弧焊與焊條電弧焊相結合焊接，氬弧焊打底焊接兩層，其余各層采用焊條電弧焊，只能采用窄的堆焊焊縫。氬弧焊時管內充氬保護。

    采用氬孤焊的接頭其耐蝕性比焊條電弧焊要好，由于氬弧焊焊接熔池的保護比焊條電弧焊好，焊縫質量高，同時氬弧焊的熱輸進低對焊縫及熱影響區的敏化作用小，減小產生裂紋的可能性。

 3．焊接材料

    焊材的正確使用是保證尿素級超低碳不銹鋼焊接質量的條件。尿素級不銹鋼為單相奧氏體組織，因此必須使用純奧氏體焊材進行焊接。一般采用25—22-2型焊接材料，可以取得比較理想的效果。

    建立嚴格的保管、烘下、發放和回收制度，使焊材從進庫到回收均能全過程追蹤。焊材領用由施焊焊_T填寫焊材領用申請單，由焊接技術員審核后保管員按單發放。領用焊條時必須使用保溫簡，同一保溫筒內不答應同時裝有兩種及以上的焊條，防止錯用。在整個施工過程中焊材的發放與使用要處于受控狀態。

 4．焊接工藝評定

  產品施焊前嚴格進行焊接工藝評定。焊接過程中記錄所有焊接數據(例如：安培、伏特、交流、直流、極性)以及焊接材料的型號和直徑、惰性氣體流量(保護氣和背面保護氣)、焊接設備的型號、鎢極直徑、噴嘴內徑等各項相關內容。

    評定試驗進行拉伸試驗、面彎試驗、根彎試驗、焊縫橫斷面的金相檢查、休氏試驗等。

  5．焊接職員要求

  焊接尿素級不銹鋼的焊工必須具有相應的資質，且要有經驗、受過良好培訓，并熟悉不銹鋼焊接。

  6．不銹鋼焊接坡口的制備

  尿素級不銹鋼管主要采用機械加工方法制備焊接坡口。厚壁管主要采用下圖所示的坡口形式，這樣可減小熱輸進和焊接變形，有利于焊縫的耐蝕性。

    加工好的坡口表面須經鐵素體含量測定及滲透檢測。

    坡口必須平整清潔，任何雜質(如水、銹、油污以及油漆等)都會對焊縫質量造成有害的影響。必要時采用丙酮等有機溶劑清洗。焊接過程中也要保持焊道及整個焊接區域的清潔干凈，這一條對尿素級不銹鋼的焊接很重要。

 7．焊接技術措施

  焊接應盡可能減小熱輸人，減輕焊接接頭的敏化程度，從而進步耐蝕性。因此要求采用多層多道窄焊道焊接工藝，采用小熱輸進、短電弧、不擺動或小擺動的焊接方法。

    多層焊時，每焊完一層焊縫，必須徹底打磨清渣，打磨引弧收弧處很重要。經質量檢查合格后方可進行下一層焊接。多層焊的層問接頭應錯開。

    嚴格控制層間溫度，層問溫度不超過100℃。層問溫度可采用紅外線丈量儀檢測。

    8．焊接檢驗

    鋼管直徑~40mm，**焊接后檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查、滲透檢查(對于對接焊縫采用射線檢測代替滲透檢測)。

    鋼管直徑>40ram，壁厚≤5mm的焊縫，**焊接后應進行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查(如有可能檢查管內焊縫)、滲透檢測以及射線檢測100％。

    鋼管直徑>40mm，壁厚>5mm的焊縫檢查：

    (1)打底焊層和層填充焊接后應進行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查(如有可能檢查管內焊縫)、滲透檢測。

    (2)**層填充焊后應做如下檢查：外觀檢查、滲透檢測、射線檢測100％。

    (3)**焊接后應進行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查、滲透檢測以及射線檢測100％。

  9．施工過程中的保護

  316L尿素級不銹鋼高壓管道預制*好在專用車問進行，車間內不同時進行其他鋼種施工作業。預制平臺用碳鋼鋼板制作，但必須在平臺上平展上木板、石棉板或橡膠皮，其預制平臺要求干凈。不論是存放在預制車問還是臨時堆放在施工現場的預制管段，都應在其底部平展上石棉板或橡膠皮；且預制管段應及時清掃封閉。

    施工過程中應防止胎具、工夾具、電弧以及飛濺等損傷材料表面，對影響耐腐蝕性能的損傷必須修磨，修磨深度應符合有關規定。

    施工過程中應防止水、銹、油污、油漆以及含氯離子物料等污染。焊接區域內不答應同時進行涂漆作業。

    施工過程中不答應在不銹鋼件上焊接非尿素用不銹鋼件。若需要焊接工藝裝配用臨時件、夾具等應使用同種不銹鋼材料。往除臨時焊接件和臨時支撐時，只能使用專用不銹鋼砂輪片捫‘磨鏟除。清理焊縫時不答應使用普通鋼絲刷，需要使用不銹鋼刷清理。

四、結語

  尿素級不銹鋼焊接焊接工藝要求高，焊接工藝評定、焊工培訓考試、公道的焊接工藝及嚴格的過程質量控制是優良焊接質量的保證。

    實踐證實：在進行尿素級不銹鋼管接頭焊接時，只有在以上環節加以良好控制，才能確保焊接質量，滿足產品使用要求。