薄壁不锈钢管焊接支架工艺及质量控制

孙红干

中石化南京工程有限公司，江苏南京 210011

0 前言

不锈钢管道具有良好的耐腐蚀性，清洁程度高，寿命长，因此在化工装置中的使用越来越频繁，某PO 生产装置的物料管线中大量使用了TP304 薄壁管道，其支架也很多采用TP304 的假腿型焊接型支架，在焊接过程中发现壁厚＜5mm 的管道内壁出现锈斑、凸起发渣、凹坑等缺陷，影响管道的焊接质量。本文通过对缺陷产生原因、晶相、金属化学成分及设计要求分析，改进其焊接工艺，制定出一套新的焊接施工方案，防止各种焊接缺陷的发生。

1.缺陷产生原因分析

从现场情况来看，≥5mm 以上的不锈钢未出现缺陷，主要原因是其母材厚度较厚，相当于氩弧焊的2-3 层打底，后续的焊接其热量输入不至于其发生氧化，而薄壁支架焊接产生缺陷的原因为以下几点：

1.1 现场到货的支腿与管道的匹配度不高，从而导致支腿与管道的间隙过大。需要较长时间的融合焊缝，不锈钢管道为薄壁管，从而导致熔池热量过高，造成管道内壁融化或烧穿，使内壁表面产生变化。

1.2 现场焊接位置受到限制，操作空间较小，焊接过程中操作不方便，影响焊接速度，产生过热现象的原因。

2.晶相分析

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

采用 GB/T13299，抛光方法采取机械抛光，设备型号为XJB-200/JLJ008，采取化学浸蚀，放大倍数为200 倍。

奥氏体不锈钢是γ-Fe 中溶入了C、Cr、Ni 等化学元素形成的固溶体，由多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶，属于点阵结构。

3 个试件均为奥氏体组织，其中灰、白颜色由于各晶粒暴露在磨光试样表面上的晶面不同取向的缘故，在同样的显示倍数下，晶粒呈现粗细变化，可能是焊接过程中在敏化停留时间过长，在晶界处析出Cr23C6，奥氏体不锈钢在结晶过程中，Cr 较C 更容易析出结晶，若在敏化温度区停留时间过长，直接造成晶核富Cr，而晶界处富C 贫Cr，造成晶间过烧。

结论：晶相合格，但晶粒有粗大情况。

3.光谱分析

A358 TP304 成分为Cr：18～20，Ni：8～10.5。采用NitonXLt898 仪器对该支架上共3 个部位进行主要合金元素光谱分析，检验标准为GB/T 16597。三个检件Cr 元素含量在18.3～18.9%，Ni 元素含量在8.4～8.9%，检测结论合格。

4.设计要求

由GB/T 20801 厚度计算t=pD/2（SΦ+pY）

式中：

t-计算厚度，单位mm

P-设计压力，单位MPa

D-管道外径，单位mm

S-设计温度下许用应力，单位MPa

Φ-焊件接头系数，表A.3.A.4 选取

Y-计算系数，t＜D/6,取0.4

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

得出t=pD/2（SΦ+pY）

=0.8×273/2(138×1+0.8×0.4)

=0.8mm

根据GB/T 20801.3 图7 计算，其厚度为=C1+C2+C3+t+△，取整计算=1mm，目前管子厚度为4.19mm。

结论：合格。

5.焊接方法和参数选定

根据以上情况，母材材质未受影响，仅为母材损伤，氧化严重，主要与热输入量有关，当热量较大时，容易产生弧坑，凹陷，发渣，氧化等情况，在常用的焊接方法中采用氩弧焊接热量适中，采用Φ2.4mm 铈钨极电弧棒，喷嘴直径10mm，采用逆变焊机WS-400(PNE60-400)TIG和高频焊把，保持电流稳定，焊接采用氩弧焊，焊接材料选用ER308焊丝,工艺参数为：电流80-90A、电压10-11V、焊接速度4-8 cm/min 、焊接线能量7-15KJ/cm。

6.焊接工艺

6.1 保证间隙，相贯线切割要准确，保证全焊透焊缝，保证焊透。

6.2 焊接过程避免电弧较长时间停留，不摆动焊接，提高焊接速度，降低焊接线能量。

6.3 支架的两侧呈对称间断焊接，层间温度不得超过150℃，每层焊缝的接头错开，避免形成弧坑、夹渣和氧化现象。

6.4 对于受力要求不高的部位，焊接也可以采取间断花焊，每隔50mm 焊接100mm。

6.5 焊接时氩弧焊枪喷嘴紧贴焊缝表面转动，注意保持焊枪和焊缝夹角。

6.6 无论什么位置的焊接，钨极垂直于管子的轴心，保护熔池不被长时间氧化，打底仰焊采取内填丝，立焊和平焊位置采用外填丝。

6.7 在填丝过程中切勿扰乱氩气气流，否则焊缝氧化。

7.质量检验

7.1 焊接完成后采取内窥镜检查焊缝焊接质量，目视无凹坑，发渣等情况。

7.2 采用支架焊缝外表面PT 检测，Ⅰ级合格。

7.3 试压和气密过程中做好检查检验工作。

8.结语

通过改变焊接措施，采取对称焊或花焊，采用稳定的电流，氩弧焊接，避免常时间停留的措施，降低焊接线能量等措施，母材未出现发渣和凹坑的情况，仅个别部位出现氧化现象，可见以上改变焊接热输入的焊接方法的有效。