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S31254不銹鋼焊接工藝
發(fā)布時(shí)間：
2019-01-14
S31254不銹鋼焊接工藝
我公司承接阿克蘇諾貝爾化學(xué)品生化處理裝置提升改造項(xiàng)目，使用一種美國(guó)牌號(hào)S31254的特種不銹鋼材料管道，規(guī)格Φ60.3*2.77mm，一種在普通奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高合金奧氏體不銹鋼。這種鋼具有優(yōu)異的抗點(diǎn)蝕、間隙腐蝕、均勻腐蝕和應(yīng)力腐蝕的能力，可焊性好。廣泛應(yīng)用于石油化工壓力容器及海洋上的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。
1、材料特性
S31254屬超低碳奧氏體不銹鋼，與一般的18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼相比，其化學(xué)成分的特點(diǎn)是低C(比一般超低碳不銹鋼的含碳量低0.025%)、高M(jìn)o(含量達(dá)6%)，并加入Cu和N?；瘜W(xué)成分和力學(xué)性能見下表
化學(xué)成分表
|
元素 |
C |
Mn |
P |
S |
Si |
Cr |
Ni |
Cu |
Mo |
N |
|
含量（%) |
≤0.02 |
≤1.00 |
≤0.03 |
≤0.01 |
≤0.80 |
19.5~20.5 |
17.5~18.5 |
0.5~1.00 |
6.0~6.5 |
0.18~0.22 |
力學(xué)性能表
|
項(xiàng)目 |
σb/Mpa |
σ0.2/Mpa |
δ5/% |
AKV/(J/CM2) |
HB |
|
數(shù)值 |
≥650 |
≥300 |
≥35 |
≥120 |
≤210 |
2、材料的焊接
2.1焊接性分析
S31254屬于奧氏體不銹鋼。奧氏體鋼焊接一般不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋，但如果焊接材料和工藝選擇不當(dāng)，就有產(chǎn)生熱裂紋的傾向。與一般的18-8不銹鋼相比，該材料C、S、P等雜質(zhì)元素含量更低，因此熱裂紋產(chǎn)生的可能性會(huì)更低，但其金相組織為單相奧氏體，沒有一定量的δ鐵素體存在，從可焊性分析，有一定的熱裂紋傾向。
2.2焊接方法的選擇
該鋼種屬奧氏體不銹鋼，不銹鋼焊接常用的鎢極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW)、手工電弧焊(SMAW)等方法均可用于該鋼種的種的焊接。其中GTAW焊接方法電弧熱量集中，線能量可控制到很小，焊縫金屬純凈，是該鋼種壓力容器及管道的理想焊接方法。SMAW是一種靈活、適用范圍廣的焊接方法，在我國(guó)的石化設(shè)備和壓力容器制造中大量使用，采用優(yōu)質(zhì)的焊條和合理的工藝可以得到優(yōu)質(zhì)的焊縫，用于該材料的焊接也較理想。
焊接時(shí)如果僅重熔母材，不填充焊接材料，會(huì)引起焊縫金屬化學(xué)成分(主要是Cr、Ni、Mo耐蝕元素)的變化，從而使焊縫的耐蝕性下降。因此，不允許用不加填充金屬的GTAW方法焊接。
2.3 焊接材料的選擇
一般奧氏體不銹鋼的選材原則是選用與母材相同化學(xué)成分的焊材。由于焊接接頭在組織、性能和應(yīng)力分布上與母材存在差異，使焊接接頭往往成為結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。該鋼種耐蝕性優(yōu)異，如果選用與母材相同成分的焊材，焊接接頭的耐蝕性不能與母材匹配，影響設(shè)備的正常使用。因而要選用耐蝕性更高的鎳基合金材料，這樣才能保證焊接接頭的耐蝕性與母材匹配，甚至優(yōu)于母材。選用ErNiCrMo-3屬于鎳基合金焊接材料,其化學(xué)成分見下表：
|
焊材化學(xué)成分 |
C |
Si |
Mn |
Cr |
Mo |
Nb |
Fe |
Ni |
|
含量（%） |
0.007 |
0.076 |
0.023 |
22.01 |
9.38 |
3.6 |
0.33 |
64.21 |
2.4焊接工藝及其評(píng)定
由于該材料及其焊縫的組織為單相奧氏體，因此宜采用較小的熱輸入工藝，以防止焊縫及熱影響區(qū)組織過分粗大，降低其耐蝕性。焊接時(shí)的線能量應(yīng)小于1.5kJ/mm,焊接操作采用窄焊道、高焊速的多層多道焊工藝，層間溫度應(yīng)低于100℃。焊接坡口可采用V形、X形或其他形式。該材料GTAW焊接工藝參數(shù)見下表：
|
焊道/焊層 |
焊接方法 |
填充材料 |
焊接電流 |
電弧電壓 (V) |
焊接速度 (cm/min) |
線能量 (kJ/cm) |
||
|
牌號(hào) |
直徑 |
極性 |
電流(A) |
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1 |
GTAW |
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