超低碳奥氏体不锈钢焊接方案.doc

超低碳奥氏体不锈钢焊接 于贵芳1 雷鸣2 樊建兵3 （山西电建四公司） 摘要：本文描述了Φ640×70厚壁不锈钢管道的焊接工艺试验，解决了厚壁不锈钢焊接变形记录和监控问题，掌握了厚壁不锈钢焊接变形的规律，得出了厚壁不锈钢管道的焊接工艺。 关键词：脉充氩弧焊、热输入、层间温度、分段退焊、分段跳焊 1.工程背景 主管道安装及焊接是压水堆核电站安装过程中非常重要的部分。进行此顶工作前，必须对主管道系统的结构特点、安装难点和奥氏体不锈钢大口径厚壁管的安装和焊接技术关键有较深刻的了解，并且制定准确无误的解决措施，经过严格的工艺评定。并在场地布置、人员培训考核，设备、材料等均准备就绪，才能进行安装和焊接工作，同时应严格按照要求的安装质量标准和规定的方法进行安装和焊接。 本次模拟件制作的目的是通过此次试验，掌握厚壁不锈钢焊接关键技术，同时检测我公司对核质保体系的理解和运用能力；检测我公司对核电站主管道的安装焊接能力。 2.前期技术储备 为了更好的完成核承压设备模拟件制作工作，我们于2005年11月去河北电建一公司参观学习，吸取经验，同时又与核二三公司联系，获取相关焊接资料，为后期的模拟件制作奠定了良好的基础。2006年初培训中心对参与主管道模拟件制作人员进行了一次核文化基础知识培训，并进行了考核，除此之外，我们还对焊工进行了长达9个月的自我培训练习。 练习从普通奥氏体不锈钢小管开始，先后经过Φ60×4手工钨极氩弧焊、Φ108×4.5手工钨极氩弧焊打底，手工电弧焊盖面、Φ219×8手工钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充、盖面，熟悉奥氏体不锈钢焊接性能；随后又进行了Φ350×55合金钢大管的焊接练习，采用钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充、盖面。焊接过程中采用不锈钢焊丝和焊条进行焊接，熟悉焊接材料性能，练习多层多道焊接的熟练度，适应层间温度的控制，调整两名焊工焊接速度基本相同，探索小熔合比的坡口尺寸，以减小焊接工作量，减小焊接变形；2006年4月到8月是自我培训的最后阶段，在此期间先后进行了8道Φ273×31的厚壁不锈钢管的焊接。为了更好的控制焊接热输入和根部焊缝的成型，采用脉冲钨极氩弧焊打底。脉冲钨极氩弧焊与普通手工钨极氩弧焊相比有以下特点：1.脉冲钨极氩弧焊采用高频脉冲引弧，不易产生夹钨等缺陷。2. 脉冲钨极氩弧焊通过脉冲频率有效的控制了焊接过程中的热输入。它分为基值电流和峰值电流两个区间：基值电流用于维持电弧燃烧，对焊缝不熔化；峰值电流用于焊接保证了送丝的稳定性，减少了焊接过程中对焊缝的加热，既减少了焊接热输入。3. 脉冲钨极氩弧焊结束时采用焊接电流衰减收弧，收弧时弧坑出不易产生缩孔等缺陷。4. 脉冲钨极氩弧焊具有滞后送气功能，对接头起到了良好的保护作用。 3.奥氏体不锈钢焊接性分析 不锈钢是在普通碳的基础上，加入一组铬的质量分数大于12%合金元素的钢材，它在空气的作用下保持金属光泽。不锈钢按照化学成分可以分为：铁素体型不锈钢，马氏体型不锈钢，奥氏体型不锈钢，奥氏体-铁素体双相不锈钢，奥氏体-马氏体双相不锈钢和沉淀化不锈钢。奥氏体不锈钢一般属于耐蚀钢，是应用最广泛的一类，他具有较好的力学性能，便于机械加工、锻压和焊接。在氧化性环境中有良好的耐腐蚀性和耐热性，但是对于溶液中有氯离子的介质特别敏感，易于发生应力腐蚀。 奥氏体不锈钢都具有良好的塑性和韧性，这类钢不会发生任何淬火硬化，所以在焊接过程中极少出现冷裂纹，而且具有很强的加工硬化能力，所以即使受焊接热影响而软化的区域，其抗拉强度仍然不低，只要不误用焊接填充材料，焊接接头强度不是焊接性的重要之点。这类钢的导热率约为碳钢的1/4，导致热量传递速度缓慢，热变形增大，其线膨胀系数比碳钢大40%，更引起焊接时热膨胀量和冷却时收缩量的增加，因此焊后变形量就显得更为突出。焊接过程中主要存在的问题是焊接热裂纹和焊接后变形量大。焊接热裂纹产生的原因主要有三点：1.由于奥氏体型不锈钢的导热率低，线胀系数大，在焊接区降温期焊接接头必然要承受较大的拉应力，会促成各类热裂纹的产生；2.方向性强的焊缝柱状晶组织，有利于有害杂质的偏析及晶间液态夹层的形成；3.有害元素的存在，会形成易熔共晶间层。 4.主管道焊接试验 4.1母材材质、规格、化学成分： 母材材质为SA249-TP316L，规格Φ640*70 表1母材化学成分 % C Si Mn P S Ni Cr Mo Co Cu V Fe N Ti+Nb δ铁素体 计算值 标准值 0.03 0.32 0.86 0.033 0.008 11.73 17.4 2.36 0.09 0.26 / / 0.035 / 5.5 复验值 4.2焊接材料材质、规格、化学成分： 焊丝为ER316L，规格为Φ1.6；焊条为