奧氏體不銹鋼與鉻鉬耐熱鋼管道焊接工藝

嚴學光

摘? 要：文章堅持以提升化工領域管道焊接質量為目的，建立在焊接技術體系和焊接材質的差異性角度展開分析，研究對象以奧氏體不銹鋼以及鉻鉬耐熱鋼為主，首先分析了異種焊接作業中出現的缺陷，其次闡述了焊接工藝，其中分析了焊接方法、焊接材料、參數控制等環節的細節作業方式;再次，論述了異種焊接過程中需要注意的重點，通過文章論述能夠為奧氏體不銹鋼以及鉻鉬耐熱鋼的異種焊接工藝提供技術支持。

關鍵詞：奧氏體不銹鋼;鉻鉬耐熱鋼;管道焊接;工藝分析

中圖分類號：TG407? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）33-0097-02

Abstract： This paper insists on improving the quality of pipeline welding in chemical industry， and analyzes welding technology system and welding material difference. With austenitic stainless steel and chromium molybdenum heat resistant steel as the research objects， this paper firstly analyzes defects occurring in dissimilar welding operation and welding process， then analyzes welding methods welding materials parameter control， etc. Thirdly， emphasis is given on different welding processes. This study can provide technical support for dissimilar welding process of austenitic stainless steel and chromium molybdenum heat resistant steel.

Keywords： austenitic stainless steel; chromium molybdenum heat resistant steel; pipe welding; process analysis

在當前的化工生產建設過程中，經常會出現不同材質管道進行異種焊接作業的情況，同時由于大部分的化工管道工作環境經常以高壓高溫條件為主，因此對于焊接作業的質量有著較高的要求，同時不同類型的不銹鋼在焊接過程中也會受到材質差異性的影響，因此如何在異種焊接過程中選擇正確的焊接工藝以提升焊接質量，是當前化工領域在技術研發過程中需要注重的主要問題。

1 奧氏體與鉻鉬材質不銹鋼管道焊接缺陷

從材質的性能角度來看，奧氏體不銹鋼的塑性和韌性較好。但是，在焊接作業過程中，由于熱循環的影響，部分焊接接頭會出現較多的問題，包括熱裂紋、高溫脆化、敏化腐蝕、變形較大等問題。另外在焊接過程中受到高溫影響，不銹鋼會產生合金元素燒損，從而導致氧化問題。

鉻鉬耐熱鋼在焊接過程中會受到高溫焊接作業的影響，從而出現冷裂紋、硬化、軟化等情況，同時在長時間的高溫環境作業下，也會出現再熱裂紋。

而在奧氏體不銹鋼和鉻鉬耐熱鋼進行對接的焊接作業過程中會受到不同材質成分的影響，導致稀釋焊縫的合金成分，同時也會出現凝固過渡層以及碳遷移過渡層。同時由于兩種鋼的材質具有不同的膨脹系數，因此在同時焊接過程中會產生較大的殘余應力，這些應力將直接導致焊接縫的抗拉能力和強度被削減。尤其是在長期高溫循環的工作環境中，焊接縫會受到應力影響，出現熱疲勞或者產生熱裂紋，這些都不利于生產的安全管理。

2 異種管道焊接工藝

為了進一步提升奧氏體以及鉻鉬耐熱鋼異種鋼管道焊接工藝分析的有效性，本文選取了P22耐熱鋼以及TP347H奧氏體鋼作為研究對象。

2.1 焊接方法

當前在化工領域針對奧氏體不銹鋼以及鉻鉬耐熱鋼進行異種焊接的主要方式以直接焊接法和隔離層堆焊法為主。

這其中直接焊接法指的是通過高合金焊接材料來完成兩種鋼結構管道的焊接，在焊接過程中要保持鉻鉬耐熱鋼的熔化深度最小，同時也要合理的選擇焊接材料，盡量避免受到外界約束條件的影響，從而導致焊縫出現裂紋。直接焊接法在當前的化工領域已經取得了較為顯著的成效，例如我國的化學工程第七建設有限公司利用直接焊接法，完成了TP347H和P22的管道焊接項目。

另外隔離層堆焊法主要是通過在鉻鉬耐熱鋼的坡面上首先堆焊23-13行型的奧氏體金屬形成隔離層（圖1），以此來減少凝固過渡層的出現。

這能夠進一步減少隔離堆焊層與鉻鉬不銹鋼之間約束應力差異性的問題，再結合相關標準完成隔離堆焊層的焊接之后，異種管道焊接轉換成了奧氏體不銹鋼之間的焊接，這種焊接方式對于焊接材料的選擇沒有較大的要求，利用普通的奧氏體金屬材料可以進行焊縫填充。

需要注意的是隔離堆焊層只能夠附著在鉻鉬耐熱體結構上，一旦在奧氏體不銹鋼上進行隔離堆焊層焊接會出現馬氏體組織焊縫。

另外為了進一步降低碳遷移現象出現的幾率，也可以在鉻鉬耐熱鋼結構上附著第一隔離層，焊條選擇以TI、NB以及V等成分為主，然后在第一隔離層的結構之上附著第二隔離層，主要以奧氏體不銹鋼焊條為主。

2.2 焊接方式

通常來講選用隔離層對焊法進行異種焊接的過程中，通常會利用手工電弧焊來進行隔離層作業，其次利用手工鎢極氬弧焊結合手工電弧焊進行兩種管道的焊接。針對根部的焊縫內側焊接時需要進行氬氣保護。

若利用直接施焊法進行焊接，需要采用手工鎢極氬弧焊結合手工電弧焊進行綜合焊接，同時，針對焊縫內側進行焊接時，也需要落實氬氣保護，焊機的型號可以選擇ZXG-7-300-1氬弧焊機以及ZX7-400IGBT電焊機為主，選用直徑2.4MM的鈰鎢極。

2.3 焊接材料的原則

在進行異種鋼管道焊接的過程中，選擇合適的焊接材料能夠進一步提升焊接的質量，從而也可以提升焊縫的性能。由于直接落實奧氏體不銹鋼以及鉻鉬耐熱鋼的異種焊接作業會產生過渡區，過渡區中會含有大量的化學成分，同時金相組織不夠均勻，其力學性能以及物理性能也會有所衰減，這將會直接導致焊接缺陷的產生，例如大量的裂紋，同時在未來的高溫高壓使用過程中也會出現再生裂紋，因此在選擇焊接材料的過程中必須要結合不同種類鋼材質的性能接頭形式成分，以及使用環境進行針對性分析，確保焊接材料能夠符合焊接作業以及使用過程中的相關需求。

因此選擇焊接材料的相關原則有以下幾點。

首先要利用具有極強抗裂性能的焊接材料，進行異種鋼管的焊接，盡量減少焊接縫以及接頭裂紋產生的幾率。

其次需要充分分析不同類型鋼管道材料的性能，建立在性能最低一側的最低值基礎上選擇焊接材料，即焊接材料的性能≥性能較低的母材性能的最低值。

再次針對奧氏體-鉻鉬結構的焊接頭來講，在選擇的過程中，需要結合填充金屬受熱稀釋后的最低性能進行分析，確保填充金屬能夠起到提升性能的作用，同時在滿足上述幾種條件的基礎上，還要盡可能的選擇具有較好工藝性能，性價比較高，同時獲取較為便捷的焊接材料。

另外要結合成品的使用環境溫度，來進行焊接材料的挑選。當工作環境的溫度小于450攝氏度時，可以選用以A302，A307型號為主的焊條;當溫度在450-550攝氏度之間時，可以選擇A502、507型號的焊條;當溫度在550攝氏度以上且焊接接頭會承受較高的應力時，可以選擇鎳基合金焊材。

本文所闡述的案例中，結合P22以及TP347H異種鋼，各自的化學性能以及焊接缺陷進行綜合分析之后，將焊接方法選定為直接施焊法焊接材料利用ER309節和A302進行焊接作業。

2.4 焊接參數

針對焊接參數的選擇，需要建立在不同鋼種的性能基礎上進行分析，盡量降低熔合比，因此在選擇焊條或焊絲的過程中以小直徑為主，利用小電流快速焊以及多層多道焊相結合的方式來控制不同焊層之間的溫度。

2.5 焊接結果評價

結合上述案例中的焊接方式以及相關參數，落實了焊接成果評價的要求，建立在焊接工藝的規范以及整體性能基礎上展開評價，結果如表1所示。

3 焊接過程中的控制重點

首先需要結合不同的管道材質和性能，選擇正確的焊接材料，這是提升焊接質量的關鍵要素，要進一步控制熔合比，減少焊縫的稀釋程度，同時在進行工程焊接作業過程中，需要利用氬氣保護來提升焊接的質量。

其次，在整體焊接作業過程中，必須要加強對焊接區域的清潔，減少有害元素以及其他物質的滲入，從而影響焊縫的質量?？梢远嗖捎枚鄬佣嗟篮傅姆绞竭M行短弧操作，利用小直徑的焊條，采用小電流以及快速焊的方式進行作業。不同焊層之間的溫度差要控制在150度以下。

再次，在起弧以及收弧的過程中要提升處理質量。在起弧的點焊處需要將結構進行打磨，使其保持在45度的緩坡狀態下，在收弧過程中必須要注意防止弧坑和裂紋的產生。

另外需要根據不同的焊接方式來結合實際的情況選擇合理的焊接方法，結合上文論述可知，當前利用隔離層對焊法能夠有效減少過度凝結過渡層以及碳遷移過渡層的形成，同時也可以減少約束力對焊縫的質量影響。而直接焊接法在應用過程中較為簡便，利用高合金作為焊接材料，在焊接過程中需要嚴格的控制熔合比，來提升焊接的質量。

兩種方式相比之下，隔離層對焊法的焊接效果較為理想，同時選擇焊接技術還需要針對實際的異種鋼性能和成分進行針對性分析，才能夠提升焊接方式與焊接實際的匹配程度。

4 結束語

綜上所述，在針對奧氏體不銹鋼以及鉻鉬耐熱鋼進行異種焊接的過程中，合理的選擇焊接工藝，選擇匹配性最強的焊接方法，在焊接過程中注意高質量的焊接作業方式，并且合理的控制相關參數，能夠進一步提升異種焊接的質量，減少焊縫裂紋以及性能下降對整體結構的影響。本文通過實際案例講解論述了不同焊接工藝的實際應用方式，可以作為豐富異種材料管道焊接技術體系的參考依據。

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