低溫工況不銹鋼管道焊接實踐1教材

1、低溫工況不銹鋼管道低溫工況不銹鋼管道焊接實踐焊接實踐 中原石油勘探局工程建設(shè)總公司中原石油勘探局工程建設(shè)總公司二二0000一年十一月一年十一月目目 錄錄一、前言一、前言二、主要焊接工作量及工作難點二、主要焊接工作量及工作難點三、三、0Cr18Ni9不銹鋼的基本焊接不銹鋼的基本焊接 特性及焊接要求特性及焊接要求 四、焊接工藝方案及其確定理由四、焊接工藝方案及其確定理由五、施工難題的解決五、施工難題的解決 六、焊接工藝參數(shù)六、焊接工藝參數(shù)七、值得注意的問題七、值得注意的問題 八、總結(jié)八、總結(jié) -40以下工藝配管的管材、法蘭、管件，均采用以下工藝配管的管材、法蘭、管件，均采用國產(chǎn)國產(chǎn)0Cr18Ni9

2、不銹鋼材料。不銹鋼材料。0Cr18Ni9的焊接，在理論上已經(jīng)相當(dāng)?shù)暮附?，在理論上已?jīng)相當(dāng)成熟，但在可燃、易爆介質(zhì)，低溫工況條件下的具體施工中，成熟，但在可燃、易爆介質(zhì)，低溫工況條件下的具體施工中，尚有許多問題值得探討及研究。尚有許多問題值得探討及研究。 LNG工程：天然氣凈化液化處理工程天然氣凈化液化處理工程建設(shè)單位：建設(shè)單位：中原石油勘探局工程建設(shè)總公司初步設(shè)計：初步設(shè)計：法國SOFREGAZ公司最終設(shè)計：最終設(shè)計：洛陽石油化工工程公司生產(chǎn)產(chǎn)品：生產(chǎn)產(chǎn)品：液態(tài)甲烷最低設(shè)計溫度：最低設(shè)計溫度：-162生產(chǎn)規(guī)模：生產(chǎn)規(guī)模：15104Nm3/d，國內(nèi)最大二、主要焊接工作量及工程難點二、主要焊接工作

3、量及工程難點不銹鋼焊口共不銹鋼焊口共5672道，規(guī)格如下：道，規(guī)格如下： 公稱直徑公稱直徑DN15-150，壁厚，壁厚=3.5-5； 另有另有3566放空線長放空線長500余米。余米。 1、主要工程量、主要工程量 低溫工況，管道不允許進(jìn)水低溫工況，管道不允許進(jìn)水，死口焊接時通常采用的，死口焊接時通常采用的水溶水溶紙氬氣內(nèi)保護(hù)技術(shù)被否定，紙氬氣內(nèi)保護(hù)技術(shù)被否定，是施工中的最大難題是施工中的最大難題.2、工程難點、工程難點 -162低溫介質(zhì)，易燃、易爆低溫介質(zhì)，易燃、易爆，系統(tǒng)安全性要求更高系統(tǒng)安全性要求更高，焊道及焊道及HAZ必須具有較高的低溫沖擊韌性必須具有較高的低溫沖擊韌性。三、三、0Cr1

4、8Ni9的焊接特性及焊接要求的焊接特性及焊接要求 組織為奧氏體（組織為奧氏體（A）加）加3-5%鐵素體（鐵素體（F）。在焊接熱的作用下，焊縫及HAZ主要顯示出以下特性： 特性說明采用小的特性說明采用小的E輸入，減小輸入，減小HAZ范圍，加快焊范圍，加快焊縫及縫及HAZ的冷卻速度對不銹鋼的焊接是有益的。的冷卻速度對不銹鋼的焊接是有益的。 450-850發(fā)生敏化腐蝕發(fā)生敏化腐蝕650-700發(fā)生發(fā)生相脆化。相脆化。相析出，降低金屬相析出，降低金屬 的塑性和韌性，促進(jìn)晶間腐蝕發(fā)生。的塑性和韌性，促進(jìn)晶間腐蝕發(fā)生。 導(dǎo)熱系數(shù)小，存在過熱區(qū)，導(dǎo)熱系數(shù)小，存在過熱區(qū)，易造成易造成HAZ的晶的晶粒長大。焊縫

5、高溫停留時間長，枝晶傾向加劇粒長大。焊縫高溫停留時間長，枝晶傾向加劇導(dǎo)熱系數(shù)小且線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱系數(shù)小且線膨脹系數(shù)大，自由焊態(tài)下自由焊態(tài)下焊接變形較大。焊接變形較大。u焊接工藝方案焊接工藝方案 焊接方法焊接方法 焊接材料焊接材料 冷卻方法冷卻方法u確定理由確定理由 焊接方法的確定及理由焊接方法的確定及理由 焊接材料化學(xué)成份的確定焊接材料化學(xué)成份的確定 冷卻方法確定冷卻方法確定=3.55DN15-150TIG3566TIG+SMAWH00Cr21Ni10除死口外的焊口氬弧焊除死口外的焊口氬弧焊TGF-308L打底焊接及打底焊接及DN350管線打底焊管線打底焊A137焊條）焊條）用于用于DN35

6、0管線填充、蓋面管線填充、蓋面水淬處理水淬處理每焊接每焊接1/4焊口進(jìn)行一次，層間焊口進(jìn)行一次，層間溫度溫度60焊接工藝方焊接工藝方案 表：確確 定定的的理理 由由 1 1、焊接方法的確定理由、焊接方法的確定理由選用氬弧焊的原因：選用氬弧焊的原因： 出于安全考慮，最終確定所有管線均采出于安全考慮，最終確定所有管線均采用氬弧焊打底，用氬弧焊打底，3566是放空線，壓力接近是放空線，壓力接近常壓，采用氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面工常壓，采用氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面工藝。藝。 焊接焊接方法方法組組號號焊材焊材-196沖擊功（沖擊功（J） 51055 V型型焊縫區(qū)焊縫區(qū)熱影響區(qū)熱影響區(qū)平均值平均值1W

7、SH00Cr21Ni1083626475717471.52WSH00Cr21Ni1061.5766574806069.43WSH00Cr21Ni10/A1376520378331.54747.34WS/DH00Cr21Ni10/A1375743.522.527.534.532.536.3低低 溫溫 沖沖 擊擊 實實 驗驗 對對 比比 表表 (均采用最小焊接電流施焊) ：u注：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定低溫沖擊合格平均值16J(依據(jù)HG20585-1998)確確 定定的的理理 由由 2、焊接材料成份的確定理由、焊接材料成份的確定理由選用H00Cr21Ni10、TGF-308L主要基于以下幾點考慮：化學(xué)成份如下表所

8、示化學(xué)成份如下表所示（均為實際使用材料成份） ：成分材料CMnSiSPNiCrH00Cr21Ni100.0151.500.500.0120.029.8021.00TGF-308L0.0201.410.560.0010.02310.0620.370Cr18Ni90.050.700.370.0310.0318.9318.48舍夫勒相圖中材料的材料的Cr、Ni當(dāng)量計算當(dāng)量計算： Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb(%) Nieq=Ni+30C+30N+0.5Mn(%)uH00Cr21Ni10 Creq=21+0.51.5=21.75 Nieq=9.80+300.015+0.51.50=11

9、uTGF-308L Creq=20.37+1.50.56=21.21 Nieq=10.06+300.020+0.51.41=11.36u0Cr18Ni9 Creq=18.48+1.50.37=19.04 Nieq=8.93+300.05+0.50.70=10.78Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb(%) Nieq=Ni+30C+30N+0.5Mn(%) 舍舍 夫夫 勒勒 相相 圖圖(因不含N含夫勒相圖也比較準(zhǔn)確)a b cNieq302520151050 5 10 15 20 25 30 35 40 CreqA0%F5%10%20%40%80%100%FF+MMM+FA+MA+F 相

10、圖中相圖中0Cr18Ni9對應(yīng)的是對應(yīng)的是a點，點，TGF-308L對應(yīng)對應(yīng)的是的是b點，點，H00Cr21Ni10對應(yīng)的是對應(yīng)的是c點。其中點。其中b、c兩兩點基本重合，且三點均處于點基本重合，且三點均處于5%F線附近線附近。 主要依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及我們多年 3、層間溫度的確定五、施工難題的解決 （一）（一）低溫管道氬弧焊打底內(nèi)表面氧化內(nèi)表面氧化問題的解決（二）（二）冷卻速度冷卻速度控制（一）低溫管道氬弧焊打底內(nèi)（一）低溫管道氬弧焊打底內(nèi)表面氧化問題的解決表面氧化問題的解決 1、不銹鋼氬弧焊打底內(nèi)表面氧化問題的解決方法，目前普遍采用的是如下幾種：（1）直接封堵法）直接封堵法 （2）自制膠皮胎具）

11、自制膠皮胎具（3）自制氣囊胎具）自制氣囊胎具（4）水溶紙法）水溶紙法2、四種方法的 局限性3、解決對策直接封堵法直接封堵法u 焊接前用膠帶密封對口間隙，只留下一次焊接的長度，焊接時邊焊邊撕，適用于小口徑管道焊接。 封堵物焊縫氬氣管自制膠皮胎具自制膠皮胎具u 適用于直管段預(yù)制，超過適用于直管段預(yù)制，超過100mm的各的各種直徑焊口。用膠帶密封對口間隙，施焊時種直徑焊口。用膠帶密封對口間隙，施焊時邊焊邊撕。邊焊邊撕。 氬氣管膠皮鋼板螺栓焊縫出氣孔自制氣囊胎具自制氣囊胎具 u適用于復(fù)雜彎管預(yù)制適用于復(fù)雜彎管預(yù)制 。8 8# #鐵絲鐵絲橡膠氣囊橡膠氣囊氣囊注氣管氣囊注氣管不銹鋼管不銹鋼管氬氣管氬氣管氣

12、囊連通管氣囊連通管 水溶紙法 該方法氬氣由對口間隙處吹入，對口間隙用膠帶密封，只留下焊接部位，邊焊邊撕，管內(nèi)沒有殘留物，適用于各種焊口焊接。 焊 縫鋼 管氬氣管水溶紙 水溶紙法：水溶紙法：需要水沖洗，需要水沖洗，才能除掉水溶紙。但低溫管才能除掉水溶紙。但低溫管道施焊后不允許水進(jìn)入管道道施焊后不允許水進(jìn)入管道系統(tǒng)。系統(tǒng)。前三種方法：前三種方法：堵塞物或胎堵塞物或胎 具無法取出具無法取出焊接死口時焊接死口時：解決對策解決對策 引進(jìn)日本TGF308L藥皮自保護(hù)焊絲藥皮自保護(hù)焊絲焊絲外部涂有一層約焊絲外部涂有一層約0.5mm厚的藥皮厚的藥皮，焊接時藥皮溶焊接時藥皮溶為熔渣，一部分流到打底焊道背部，起到

13、自保護(hù)作為熔渣，一部分流到打底焊道背部，起到自保護(hù)作用。用。打底打底焊道成形光滑平整焊道成形光滑平整當(dāng)打底焊道出現(xiàn)當(dāng)打底焊道出現(xiàn)缺陷返修時缺陷返修時，很容易，很容易實現(xiàn)氬弧焊實現(xiàn)氬弧焊打底打底受風(fēng)的影響小，焊工操作容易，很少出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象受風(fēng)的影響小，焊工操作容易，很少出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象是不銹鋼現(xiàn)場焊接非常有前景的施工方法，也是不銹鋼現(xiàn)場焊接非常有前景的施工方法，也是低溫管道氬弧焊接必不可少的方法。是低溫管道氬弧焊接必不可少的方法。 低溫實驗沖擊功低溫實驗沖擊功（HG20585-1998規(guī)定合格值8J）焊材母材實驗溫度低溫沖擊值2.51055 V型TGF-308LOCr18Ni9-196焊縫HAZ區(qū)2

14、12424254468焊口背部涂涂CJ101焊劑方法焊劑方法進(jìn)行了實驗，渣流動性差，焊道成形困難焊道成形困難，且用水玻璃調(diào)和的焊劑施焊后沒辦法清除干凈，因此被否定。被否定。 （二）冷卻速度控制（二）冷卻速度控制 DN150以下管道每焊以下管道每焊1/4焊口進(jìn)行一次水淬處理，焊口進(jìn)行一次水淬處理，DN150以上以上焊口，約焊焊口，約焊100mm進(jìn)行一次水淬處理，水質(zhì)采用脫鹽、脫氯水。進(jìn)行一次水淬處理，水質(zhì)采用脫鹽、脫氯水。主要理由如下：主要理由如下：冷卻速度快，高冷卻速度快，高溫停留時間短、溫停留時間短、晶粒細(xì)密，低溫晶粒細(xì)密，低溫沖擊值高。沖擊值高。便于操作控制，防便于操作控制，防止焊道過燒，

15、效率止焊道過燒，效率高高關(guān)于應(yīng)力問題尚關(guān)于應(yīng)力問題尚有待進(jìn)一步研究有待進(jìn)一步研究. 壁厚焊道層數(shù)焊材名稱焊材規(guī)格電流性質(zhì)電流電壓氬氣流量噴嘴直徑鎢極打底3.5-41H00Cr21Ni102.0直、正60-6512-148-128鈰鎢2.4TGF-308L2.0直、正65-7012-14 8鈰鎢2.44-.5-51H00Cr21Ni102.0直、正65-7012-148-128鈰鎢2.4TGF-308L2.0直、正70-7512-14 8鈰鎢2.461TGF-308L2.0直、正90-9512-14 8鈰鎢2.4填充3.5-41H00Cr21Ni102.0直、正60-6512-148-128鈰鎢

16、2.44-.5-52H00Cr21Ni102.0直、正65-7012-148-128鈰鎢2.462A1372.5直、反50-6023-25 蓋面3.5-41H00Cr21Ni102.0直、正60-6512-148-128鈰鎢2.44.5-51H00Cr21Ni102.0直、正65-7012-148-128鈰鎢2.461A1372.5直、反50-6023-25 焊接工藝參數(shù)(見下表） 由以上表可看出，盡管美國由以上表可看出，盡管美國ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定304材質(zhì)材質(zhì)-196以上溫度使用時，可不進(jìn)行低溫以上溫度使用時，可不進(jìn)行低溫沖擊實驗，但根據(jù)我國國情，不進(jìn)行檢驗顯然是沖擊實驗，但根據(jù)我國國

17、情，不進(jìn)行檢驗顯然是不現(xiàn)實的。不現(xiàn)實的。七、值得注意的問題七、值得注意的問題1、應(yīng)重視國產(chǎn)不銹鋼材料的檢驗不和格法蘭數(shù)不和格原因處理辦法256成分合格，低溫沖擊實驗不合格成分合格，低溫沖擊實驗不合格固溶處理132低溫沖擊實驗合格，成分合格低溫沖擊實驗合格，成分合格退貨2、材料尺寸的控制u由于制造標(biāo)準(zhǔn)與施工標(biāo)準(zhǔn)的差異，管子與由于制造標(biāo)準(zhǔn)與施工標(biāo)準(zhǔn)的差異，管子與管件內(nèi)徑不一致，造成現(xiàn)場組對、焊接的管件內(nèi)徑不一致，造成現(xiàn)場組對、焊接的困難，因此訂貨時應(yīng)預(yù)見到并重視這一點。困難，因此訂貨時應(yīng)預(yù)見到并重視這一點。u不銹鋼的切割與坡口打磨，應(yīng)注意選用專用砂不銹鋼的切割與坡口打磨，應(yīng)注意選用專用砂輪片，可選用國產(chǎn)輪片，可選用國產(chǎn)GB2479-83白剛玉磨料制成的白剛玉磨料制成的樹脂砂輪片。因為砂輪片