大型碱回收炉复合管焊接工艺[综合材料]

1、碱回收炉复合钢管焊接工艺一、复合不锈钢管的焊接1、复合不锈钢管的焊接性能分析 本工程不锈钢复合管材质为基层SA-210GA1，厚度6.1mm, 覆层材质为304L不锈钢(管外表面)，厚度0.25mm。不锈钢复合管焊接时，要考虑到碳钢与不锈钢的物理性能的差异，见表 1。由此可见其差异很大，其中不锈钢的线膨胀系数比碳钢约大 50，且不锈钢的热导率仅为碳钢的 1/3左右。还要考虑到碳钢与不锈钢的焊接性能。碳钢是所有钢材中焊接性能最好的，只是在焊接线能量过大时热影响区的晶粒过于粗大，从而降低冲击韧性。不锈钢一般情况下比较容易焊接，但由于其线膨胀系数大而热导率小，其焊接接头内有较大的残余应力。不锈钢复合

2、管接头焊接有一个原则：不得在不锈钢复层上采用碳钢焊条或低合金钢焊条施焊，只允许采用不锈钢焊条在碳钢基层上施焊。不锈钢和碳钢之间的互熔，是一个复杂的合金化过程，如果不锈钢复层上熔焊碳钢，碳钢的焊缝金属被不锈钢母材稀释后形成中合金钢焊缝金属，在快速冷却的作用下，它必然变得硬而脆，并对冷裂极为敏感，其过渡层硬化带的厚度可达25mm以上，而碳钢基层上熔焊不锈钢，不锈钢的焊缝金属被碳钢母材少量稀释后仍是铬镍型不锈钢，只是降低了不锈钢焊缝中的铬镍含量，增加了碳含量，虽易产生脆而硬的马氏体组织，但其过渡层的硬化带厚度小于lmm。表 1 碳钢与不锈钢的物理性能 材质密度比电阻磁性线膨胀系数热导率碳钢7.861

3、5有11.446.89不锈钢7.9372无20.222.152 焊接材料不锈钢复合管焊接时不锈钢复层Cr原子会不断向基层碳钢扩散，在复层晶粒边界形成贫铬，导致复层耐蚀性下降。为保证焊接金属含有足够的Cr、Ni元素，基层焊缝必须选择高铬镍抗稀释性好的双相铬镍不锈钢焊材，以补充基层对复层的稀释。此种焊接材料由业主提供。3焊接设备焊接设备选用带有高频引弧和熄弧气体延时保护功能的IGBT控制的氩弧焊机。高频起弧不用钨极触及工件，易于保护钨极的形状，且起熄弧方便，便于操作。熄弧气体延时保护可以防止收弧时熔池不被氧化。4、焊接工艺4.1 坡口的制定 4.1.1坡口形式： V 型，钝边为 2mm，坡口角度为

4、 605，见图 1（a）。4.1.2坡口的加工：为了减少不锈钢的反复受热，提高坡口的加工质量，确定采用机械加工的方法，即用管道坡口机进行加工。4.1.3坡口的清理：坡口内外两侧30-50mm要清理干净，内侧用内圆磨光机进行打磨，外侧用不锈钢钢丝刷打磨，并用丙酮擦洗干净。图1(a)4.2 组对点固4.2.1组对前先将膜式壁的某一片的管间鳍片割开30-50cm，以便调整管端位置。4.2.2待管口打磨完好后，将需要对接的两管头用夹具夹紧，调整间距使坡口根部间距在2-2.5mm，用平尺观测，使两管口错边量为0。如图4.2.3在夹具的间隙处进行点焊，点焊方法TIG焊，厚度2-2.5mm,位置在时钟3、9

5、位置。应按谁施焊谁点焊的原则，4.2.4点焊后应立即进行正式焊接，以免焊点发生开裂。4.3 焊接方法及参数的选择 为了保证不锈钢复合钢管不失去它原有的综合性能，一般对于基层、复层、过渡层应分别施焊，焊接的顺序是先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层。但由于本工程管材规格为63.5(6.1+0.25)，复层厚度仅为0.25mm，可以考虑将复层和过渡层的施焊合二为一，合称为复层。先焊基层，后焊复层，根据不锈钢复合管接头焊接只允许采用不锈钢焊条在碳钢基层上施焊的原则，过渡层的焊缝金属在基层处的厚度宜为1525mm，复层焊接焊缝高度须为复层和过渡层的高度之和，即最低不得低于15+0.25 1.75mm。基层

6、的焊接，基层是由6.1mm 的SA-210Gr.A1组成，其焊接性能好，采用TIG焊打底，焊丝为 OKTigrod16.11，直径为2.0；厚度2.5-3mm左右，复层的焊接采用手工电弧焊，焊条采用 OK61.35，直径为2.5,厚度3-3.5mm。复层焊接时，采用小电流快速焊接的方法，具体焊接参数见表 2。 表 2 焊接工艺参数 层次焊接方法焊材焊接电流A电弧电压V焊接速度cm/s打底层TIG焊OK16.11751009.5-111.52.0复层手工电弧焊OK61.3580-10022241.62.25 焊接工艺评定试验 5.1在正式焊接前，要按焊接工艺评定规程对上述工艺进行评定，并合格。5

7、.2工艺评定的试件由本公司的熟练焊工施焊。5.3工艺评定的检查项目有外观检查、射线检查、机械性能试验、应力腐蚀试验等。6、施焊技术要求 6.1基层焊接时层间温度不大于 100；复层焊接时层间温度不大于 50。 6.2基层氩弧打底时，电弧引燃后迅速将焊丝送至焊缝处，电弧也随即对准焊丝端部，熔化焊丝和焊缝金属形成焊接熔池。断弧后，重新引燃电弧应在焊尾前10mm左右焊缝重叠处，不填丝或少填丝。填丝动作要准确均匀。收弧应在重叠焊缝上，待熔池稳定后，移开焊丝，迅速熄弧，但焊炬不动，滞后至停气保护完毕后移开。6.3为有效控制晶粒边界的贫铬现象，采取以下措施：(1)焊接复层用的焊接材料直径不宜太大。因为小直

8、径的焊接材料使用的焊接电流小，这样可以减少高温停留时间，降低熔合比，降低铬原子渗透。(2)基层必须是高铬镍抗稀释性好的不锈钢焊材，以补充基层对复层的稀释。(3)在焊接过程中，应尽量减少电弧摆动的幅度，严格控制横向摆动，并加快焊接速度；二、铁镍基复合管的焊接铁镍基合金（Alloy825）复合材料的焊接,其工艺与不锈钢复合管的焊接基本相同，只是所选用的焊接材料不同。基层碳钢采用氩弧焊打底，复层采用手工电弧焊的方法进行焊接。1 Alloy 825焊接性能分析与不锈钢及碳素钢相比较， Alloy 825物理性能具有以下特点： 一是熔点较低； 二是线膨胀系数介于奥氏体不锈钢与碳素钢之间； 三是导热系数比

9、碳素钢低得多，这些直接影响其焊接性能及焊接参数的选择。铁镍基合金具有较大的焊接热裂纹倾向， 相对于奥氏体钢必须更严格地限制有害杂质。杂质的存在造成焊接时与镍形成低熔点共晶夹层增加焊接热裂纹的形成。根据有关资料， 用于碳素钢和奥氏体不锈钢的一般焊接方法， 几乎都适用于铁镍基合金。2 焊接方法及材料对于 Alloy 825合金(合金成分见表1) 由于其易氧化，若保护不良而导致氧化烧损时， 将会严重降低合金的接头使用性能，同时氧化生成难熔的cr的氧化物，可使液体金属流动性变坏，焊缝成形不良(如焊缝背面出现皱皮)。所以焊接此合金时，正面和背面均需加强保护， 为此采用了钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面工艺

10、。表1 Incoioy Alloy 825合金的化学成分 ( )其焊接材料由业主提供，初步选用焊丝OKTigrod19.82焊丝，直径为2.0mm，焊条为OK92.45,直径为2.5 mm， 其烘烤温度为240270 ， 保温2 h。放入1OO150 的保温筒，4 h内用完。里口进行Ar保护， (Ar)=99 99 ，Ar的流量为1215 Lmin，其喷嘴直径为1214 mm。3坡口准备及组对与前述不锈钢复合管的内容基本相同，只是Alloy 825合金的液体金属的流动性(尤其是润湿性)，不如一般钢铁材料坡口角度不合适，很容易产生未熔合现象， 通过加大焊接电流即增加金属流动性， 其效果不大， 而

11、且还会造成过热的不良影响由于其流动性较差 焊接时的熔透深度一般只有低碳钢时的50左右，奥氏体钢的60左右。为了保证熔合良好且有一定的熔深，单面坡口角度为40，根部钝边为0515 mm。4加强清理工作Alloy 825合金表面存在难熔的氧化膜,如NiO的熔点为2090，而Ni的熔点只有1446，焊前不除去表面难熔的氧化膜，焊接时焊缝易生成夹杂物妨碍焊接正常进行。将接头两侧各50mm范围内外表面用不锈钢丝刷至露出金属光泽，用丙酮擦拭磨刷部位，待干后，用不锈钢丝轮轻微打磨一遍。5预热及道间温度的控制当环境温度低于0时,焊件表面有冷凝水(或潮湿)。应将焊接坡口两侧各50 mm范围内烘干，但金属表面的温

12、度最高不应超过50。道间温度严格控制在60以下(以手感不烫为准)，以防接头过热，降低焊缝的强度。6焊接热输入焊接热输人大小，对Alloy 825合金的焊接接头热裂纹的产生有重要的影响。同时为了获得比较好的接头“等强性”，应尽量减少接头过热和组织不均匀性为此，尽可能采用小的热输入，缩短焊缝熔融金属存在的时间，防止热裂纹的产生，也有利于改善熔合质量。7焊接工艺评定7.1用Alloy 825合金进行管状对接水平固定焊接工艺评定试验，其焊接参数见表2。工艺评定的试件由本公司的熟练焊工施焊。焊材牌号焊接方法层数焊材直径mm焊接电流A焊接电压V焊接速度mm/s极性OKTigrod19.82TIG 一2.070-1009.5-111.5-2.0正接OK92.45SMAW二2.580-10022-241.6-2.2反接7.2工艺评定的检查项目有外观检查、射线检查、机械性能试验、应力腐蚀试验等。8注意事项8.1 收弧时要及时填满弧坑，待弧坑冷却再切断保护气。8.2 在保证焊丝不接触钨极的条件下，电弧长度尽可能短。