A312TP316L+G510高压尿素级不锈钢
焊接工艺及应用
（姚彩艳 南化建设公司 南京大厂 210044
张林贤 江苏省锅检所 南京 210002）
摘要：A312TP316L+G510高压尿素级不锈钢用于强度要求较高和耐尿液腐蚀性的不锈钢，由于其材质和焊材中比316L均增加了微量和多量的合金元素，对焊海王星工操作技能和焊接工艺要求相对要高的多，为了保证焊接接头的质量，通过工艺方案的选定和工艺评定试验，探索出最佳工艺参数，在实际安装过程中进一步采取工艺措施，成功地焊出了合格的产品。
关键词：焊接工艺 耐腐蚀 熔滴
对于高压尿素级不锈钢，由于其材质是不锈钢316L中增加了N及其它微量的合金成分改良而成的钢材。此钢及相匹配的焊材为我单位焊工首次接触，因其内部的介质为尿液，腐蚀性很强，所以对焊缝的内表面要求应相当光滑，无咬边和其它缺陷。焊缝内部的质量要求也很高如：焊缝打底层需进行100%PT，焊缝组织中铁素体含量应严格控制，焊缝100%射线探伤。为了保证焊接质量，我们对A312TP316L+G510高压尿素级不锈钢的焊接工艺进行了研究。
1焊接工艺方案设计
1.1焊接过程中存在的问题
焊接此钢的主要问题是热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀，此外，因导热系数差，线膨胀系数大，在管道焊接过程中，由于不能自由变形，所以焊接接头的应力大。
1.2焊接方法及材料
对于此高压尿素级不锈钢，国内目前还没有与之配套的焊丝、焊条，我们采用了Sname CR UR 510中提供的与之相配的焊材，其化学成分见表一：
表一：焊丝、焊条、管材的化学成分
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化学成分
材质
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
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Mo
|
N
|
Cu
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SIDERFIL316LM
φ2.0
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0.011
|
0.38
|
1.63
|
0.015
|
0.001
|
17.2
|
13.57
|
2.54
|
0.055
|
|
|
CITOXIDB316M
φ2.5
|
0.01
|
0.42
|
7.21
|
0.015
|
0.002
|
19.79
|
15.73
|
2.72
|
0.19
|
0.21
|
|
CITOXIDB316M
φ2.5
|
0.03
|
0.41
|
6.02
|
0.015
|
0.01
|
19.5
|
16.8
|
3.5
|
0.15
|
|
|
CITOXIDB316M
φ3.0
|
0.05
|
0.54
|
6.58
|
0.015
|
0.013
|
18.76
|
13.59
|
2.91
|
0.15
|
|
从上表可见，无论焊丝或焊条的化学成分中，Mn的含量高达为7.21，在焊接过程中熔滴的粘度大，流动性很差，即使在平位置，焊缝内表面凹陷都很严重，所以需要采用一定的工艺措施，来保证里口的表面措施。
焊条使用前，必须进行150℃，2Hr的烘干，焊工在领取焊条时，需携带保温筒，做到随用随取。
所有管道在打底焊接过程中均需管道内部充氩，其流量为12-15L/min，氩气的纯度要求是99.99%。
由于高压尿素级不锈钢管道的直径为φ1/2″-φ40″，只能进行单面焊。为了防止晶间腐蚀，必须采用热量集中的焊接方法，为了保证根部的焊接质量，因此采用了电弧稳定、无飞溅，根部焊缝成型好的钨极氩弧焊（TIG）方法打底。但TIG焊熔敷效率低，对于中厚壁管道其余层采用手工电弧焊。
1.3坡口加工和清理
管道单面对接焊的关键就是完全焊透良好，均匀的打底焊，为此必须准备适合与打底焊焊接工艺的坡口条件，我们选用如下图所示：
37°
max 22.2
1.6
的坡口形式。
坡口及其附近附着水、油污等赃物时，将影响焊接工艺性，产生气泡、裂纹等焊接缺陷，因此在施焊前应将坡口及其两侧20-30mm范围内的焊件采用不锈钢丝刷或铜刷进行清理，如有油污可用丙酮等进行擦拭，然后在每侧各100mm范围内涂抹白垩粉或其它防粘污剂，以防焊接飞溅玷污。
1.4层间温度
对于导热性差的高压尿素级不锈钢，为了防止热裂纹、晶间腐蚀，防止焊接接头过热是很重要的。缩短焊缝和热影响区在450-850℃的停留时间。所以多层焊接时，层间温度应不超过100℃。
1.5焊接线能量
焊接线能量的大小，对高压尿素级不锈钢焊接接头的耐腐蚀性能是一个重要影响因素。焊接过程中，尽可能采用小直径、小电流、快速焊、短弧焊，焊条不摆动，从而控制焊接线能量，改善焊缝组织，使晶粒细化，获得较高的耐腐蚀性能。
1.6焊缝金属中铁素体
高压尿素级不锈钢焊接时，为了防止晶间腐蚀，其焊缝组织最好为奥氏体-铁素体双相组织，但焊缝金属中，铁素体含量超过一定数值时，易出现475℃脆化和б相脆化，从而降低焊接接头的性能，所以在焊接此钢材时，要求其打底层焊缝FN≤0.6%，其余层FN≤1%。
2.焊接工艺评定
进行了管状对接水平固定焊接工艺评定试验，试件尺寸为6″*15.88，母材与正式产品材质相同，其焊接参数见表二：
表二：焊接工艺参数
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层数
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焊接方法
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极性
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焊材
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规格（mm）
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电流（A）
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电压（V）
|
焊接速度（mm/s）
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1
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TIG
|
正接
|
316LM
|
2.0
|
100
|
11-12
|
1.0
|
|
2
|
SMAW
|
反接
|
B316LM
|
2.5
|
60-70
|
21-23
|
1.6
|
|
3-5
|
SMAW
|
反接
|
B316LM
|
3.2
|
75-95
|
22-24
|
1.2-1.6
|
用磁性铁素体测量仪测量打底层焊道和其余层焊缝，其铁素体含量均为0.2%，按WL、CK390 100%射线探伤，结果一次合格为A级，按图纸技术要求进行了各项检验，试验结果：拉伸试样断口均在母材处，侧弯 4件 180°均合格，休易试验，总腐蚀速率为0.0035mm/月，按Sname CR UR 510评定合格。
3.焊接工艺的应用
以评定合格的焊接工艺参数为依据，编制焊接工艺规程，应用于南化大化肥52万吨/年尿素装置中高压尿素级不锈钢管道的焊接，焊接管道量为560米，固定口96米，转动口464米，焊缝拍片一次合格率达99.2%，其中铁素体含量测定值为0.2%-0.3%，着色探伤100%合格，内表面圆滑过渡，无缺陷，保证了国家重点工程尿素装置中重点、难点高压尿素级不锈钢的焊接质量，并得到外方专家的好评。
通过尿素装置一年多的试运行和投产，结果表明，选择的工艺方案及工艺评定所确定的工艺参数能够保证焊接接头的各项性能要求，为焊接A312TP316L+G510高压尿素级不锈钢提供了经验。
4.施工过程注意事项
（1）.由于此焊丝或焊条熔滴粘度大，熔透性差，即使在平焊位置都易引起内凹，尤其是引弧处内凹更严重，为此我们采用了短时增加引弧电流的方法，来克服缺陷。另外在焊接过程中，尽量采用转动焊，减少固定口的数量，进一步提高焊接质量。
（2）.对中厚管道，焊接过程中，采用了在焊缝及周围用水强迫冷却，缩短焊缝高温停留时间。
（3）.加强焊道间的清理，准确测定铁素体含量。
（4）.除打底焊道需进行里口氩气保护外，第二层焊接时同样需要氩气保护，目的为了里口的焊缝表面的光滑。
（5）.起弧应在坡口内或采用高频引弧，收尾应滞后停气并填满弧坑。
（6）.焊接电缆卡夹在工件上要卡紧，以免发生打弧或过烧现象。
5.结论
（1）.采用焊丝316LM、焊条B316LM焊接A312TP316L+G510高压尿素级不锈钢其焊接方法、焊接线能量、层间温度的选择是正确的。
（2）.焊接接头的耐腐蚀性能完全满足产品技术要求。
