SA904L钢板焊接工艺探讨

1、 制 造 与 安 装 SA904L 钢板焊接工艺探讨高 磊 1, 赵显全 2, 赵玉红 3, 吴振林 4, 周 力 4, 任立阳 4(11辽宁石油化工大学 , 辽宁 抚顺 113001; 21吉林奇峰化纤有限公司 , 吉林 132115; 31抚顺机械石油化工设备有限公司 , 辽宁 抚顺 113000; 4抚顺 113006摘 要 :某公司为年产 40000t 。该设备的使 用介质腐蚀性较强 , 为此 , , , 从焊接材料 、 焊接工艺 参数的选择入手 , , , 并在实际产品的焊接中进行了 。关键词 :; ;:TG 14 文献标识码 :B 文章编号 :1001-4837(2005 07-0

2、033-03Discussion of Welding Technology of SA 904LGAO Lei 1, ZHAO Xiao -quan 2, ZHAO Yu -hong 3, WU Zhen -lin 4, ZH OU Li 4, REN Li -yang 4 (11Liaoning University of Petroleum &Chemical T echnology , Fushun 113001,China ;21Jilin Chemical Fiber G roup C o. ,Ltd. ,Jilin 132115, China ; 31Fushan Mac

3、hinery Petrochemical Equipement C o. ,Ltd. , Fushun 113000,China ;41Fushun Machinery Manu facturing C o. ,Ltd. ,Fushun 113006,China Abstract :S ome com pany manu factured an acetic acid rem oval column reboiler which belongs to 40000MTPY of differential acrylic fibres for Jilin qifeng chemical fiber

4、 C o. ,Ltd. ,The corrosive medium in this installation are powerful ,for this reas on ,in design we choose the stainless steel of 904L. The paper begins with the analy 2 sis of weldability ,through the selection of the welding materials and welding technology parameters ,the weld 2 ing technology ex

5、periments are carried on and find out the appropriate welding . M oreover , in the actual prod 2 uct ,welding has been carried on such rig orous quality control that the product has been yielded success fully. K ey w ords :904L ;nickel -based alloy ;welding1 概述某公司为年产 40000t 差别化腈纶技术改造项 目承制一台醋酸去除塔再沸器

6、。该设备由两个管 箱 、 壳体和管束四部分构成 , 其结构如图 1。其主要 技术特性见表 1, 其中管程的介质为 DM AC +AA (二 甲基乙酰氨 +醋酸 , 经查 HG 20660 2000标准 , 其 毒性等级为中级 , 且腐蚀性较强烈 。故管程主体材 料选用抗缝隙腐蚀和应力腐蚀较好的 904L 不锈钢 。表 1 技术特性表名称设计压力 (MP a 设计温度 ( 工作压力 (MP a ( 工作介质 壳程 21 2 904L 焊接性分析211 904L 的化学成分及力学性能904L 符合 AS ME S A -240中的 N08904, 其化学 成分和力学性能分别见表 2、 3。 3 3

7、 图 1 表 2 904L 的化学成分(%名称 CS iMnPSCr oCuN其它元素 Nb C o 标准 0102000 1231002310028100410510110210 011入厂检验01420102101001191992411841351134010570100801103 904L 的力学性能项目 b (MPa 012(MPa (%标准 490 22035入厂检验52023545根 据 成 分 可 计 算 出 C req =24182%, N ieq =25128%, 查舍费勒图可知 , 904L 是全奥氏体高镍低碳不锈钢 。212 焊接中易出现问题及预防措施 21211 热

8、裂纹904L 是单相奥氏体组织 , 其焊接接头易出现热 裂纹 , 主要为弧坑裂纹 , 其原因主要有 :(1 焊缝金属 凝固期间由于热胀冷缩存在较大的拉应力 , 被拉开 的缝隙没有足够的液态金属来填充 , 因此产生弧坑 裂纹 ; (2 焊缝为单相奥氏体柱状晶组织 , 易于杂质 的偏析及晶间液态薄膜的形成 ; (3 904L 含镍量比 较高 , 镍易于 S 和 P 形成低熔共晶物 , 其中 Si 和 Nb 也能形成有害的易熔晶间层 。 为防止弧坑裂纹应采 取如下措施 :1 采购时严格控制母材和焊材中 S 、 P 等有害元素的含量 ; 2 采用适当的焊接坡口和焊接 方法 , 即采用小的熔合比 ; 3

9、 选用低氢型焊条 ; 4 焊 接参数选用小的热输入 (即小规范快速焊 ; 5 层间温度不宜过高 ( 100, 以避免焊缝过热产生高 温液化裂纹 , 并且施焊过程中焊条不允许摆动 ; 6 选 择合理的焊接结构 、 焊接接头形式和焊接顺序 , 尽量 减少焊接应力 ; 7 在焊接收弧处应进行打磨后施焊 , 以避免弧坑裂纹 。 21212 晶间腐蚀 由于奥氏体不锈钢焊接接头处在焊接的快速连续加热过程中 , 处于敏化区 (450850的热影响 区易造成晶间贫铬 , 进而产生晶间腐蚀 , 因此 (1 要选用合适的焊接方法和合理的工艺参数 , 尽量减小 热输入量 , 减小热影响区的宽度 ; (2 强制焊接区

10、快 速冷却 , 减少在敏化区停留的时间 ; (3 在选材上要 选用超低碳的焊材 。 21213 应力腐蚀开裂引起应力腐蚀断裂必须具备的三个条件 :首先金属材质在该环境中具有应力腐蚀开裂的倾向 ; 其 次用这种材质组成的结构接触或处于选择性的腐蚀 介质之中 , 最后要有高于一定水平的拉应力 , 三个条 件缺一不可 。 904L 与碳钢相比 , 在物理性能上有很 大差异 , 其电阻是碳钢的 5倍 ; 其热导率低 , 约为碳 钢的 1/3, 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 , 引起加热时热膨胀量和冷却 时收缩量的增加 , 导致焊后应力较大 。所以焊接材 料选择了膨胀

11、系数较小的镍基焊材 。 3 焊接工艺性试验 311 焊材的选择由以上分析 , 904L 为全奥氏体单相组织 , 对焊 接热裂纹极其敏感 , 为此应选用低 S 、 P 的焊接材料 。 对 904L 的焊接 , 选用与之相匹配的国产高温合金 Ni182(符合 G B/T15620-95标准 和镍合金焊条 E NiCrFe -3(Ni307B (符合 AWS A5111-90标准 。 其化学成分和力学性能分别见表 4、 5, 采用镍基焊 材 , 不但抗裂性好 , 而且获得较好的焊接工艺性 。43 CPVT S A904L 钢板焊接工艺探讨 V ol22. N o72005表 4 焊材的化学成分(%

12、CMn S iCr NiFeSPCuT iNb 214标准 010821503150 0151810022100余量 310 01015 0102 0150 0175310318复验0105313601182114068172621140100801016013701622113 312标准 011051009150 1101310017100 10 01015 0103 0150 110110215复验0104381940175151219130010150103210表 5 焊材的力学性能 项目抗拉强度 b (MPa 屈服强度 012(MPa 延伸率 5(% 214标准结果 550 280

13、 检验结果 590325 312标准结果 6473512312 坡口加工最好采用机加工 , 若用等离子切割加 工则加工面必须用机械方法打磨 ; 因焊接熔池粘滞 性强 , 流动性差 , 因此装配时要求坡口角度比通常稍大 (选 70° 又因其线膨胀系数大 , 所以对接间隙稍 宽 (34mm ; 为保证焊透背面要求打磨清根而不 用碳弧气刨 (防止渗碳 。 313 焊接方法及工艺参数的选择由于 904L 导热率小 , 热膨胀系数大 , 因此采用 小线能量 、 短弧焊 、 快速焊 , 这样即可减小热裂纹倾 向又可防止变形 。其焊接顺序为 :手工氩弧打底 手工电弧填充 手工电弧盖面 背面机械打磨

14、清根 背面手工电弧焊盖面。 其焊接方法及工艺参数如 表 6所示 。表 6项目 焊材规格 (mm 电流 (A (V 焊速打底 ERNiCr -3 2149010010127090m m/m in填充 E NiCrFe -3(Ni307B 31280902224140160m m /根盖面 E NiCrFe -3(Ni307B 410130502224180200m m /根E NiCrFe -3(Ni307B 31280902224140160m m /根314 焊接接头检验(1 对焊缝进行了外观检查 , 焊缝余高 02mm之内 , 满足要求 ;(2 对焊缝表面进行 100%PT 检验 , 结果

15、表明、 、 (RT 检验 , 均达到 ( 对焊接接头进行力学性能试验 , 结果未发现裂纹 、 未熔合等缺陷 , 其力学性能试验数据及结果 如表 7, 如图 2所示。表 7焊接项目 数量数据 (结果 标准焊缝拉伸2b =590/592MPa G B228侧弯 (=180°4完好无裂纹G B232焊缝微观金相 1奥氏体 晶间腐蚀2均合格G B433415-90 此外 , 对焊缝及热影响区进行了金相观察 , 均符 合要求 , 如图 3所示 。图 2 力学性能试件图 3 焊缝金相 (下转第 32页 53 第 22卷第 7期 压 力 容 器 总第 152期 图 4512 料腿盖板的安装John

16、s on 网安装合格后 , 板 。 大 , 。 新料腿盖板按照现场的实 际位置和尺寸进行定位 、 放样和加工 , 使每一根料腿 穿过盖板时 , 都位于开孔中心 。料 腿盖板与 Johns on 网封筒的间隙是 018mm 。间隙大了 , 催化剂会逸出 , 间隙小了 , 料腿盖板可能与封筒挤住 , 产生轴向磨擦力 , 这是旧 Johns on 网产 生失稳的主要原因 。 在施工中 , 对盖板仔细调整 , 间 隙小时 , 打磨盖板外缘 ; 间隙大时 , 先在盖板外缘堆 焊 , 再打磨平滑到规定尺寸 。 6 结语(1 改造后的 Johns on 网 , , 求 , 说明本次国产, 国产 John 2

17、s 、 外观成形等方面控制得不如进口 Johns on 网好 , 在安装中需采用一些技术手段才能达 到设计和工艺要求 。收稿日期 :2005-04-14 修稿日期 :2005-06-20作者简介 :陈俊 , 通讯地址 :南京市金陵石化建安公司 。(上接第 35页 4 质量控制(1 焊接时应尽可能使用引弧板和收弧板或认真处理好弧坑 ; (2 用砂轮进行打磨清根 ; (3 焊接时要严格控制层间温度 ; (4 减少在敏化区停留的 时间 。 5 结语实践 证 明 , 对 于 904L 奥 氏 体 不 锈 钢 , 选 用 NiCrFe -3(Ni307B 焊条焊接是可行的 , 所选择的焊 接工艺参数能够

18、使焊缝的力学性能达到满足技术要 求 , 实际产品焊接过程中所采取的措施保证了制造过程的质量 , 使醋酸去除塔再沸器顺利产成的同时 也为 904L 奥氏体不锈钢焊接积累了一定的经验 。参考文献 :1 周振丰 1焊接冶金学 (金属焊接性 M 1北京 :机械工业出版社 , 200012 张其枢 , 堵耀庭 1不锈钢焊接 M .北京 :机械工业出版社 , 2000.3 唐俐 . 904L 不锈复合板的焊接制造 J .压力容器 ,2004; 21(1 .收稿日期 :2004-07-26 修稿日期 :2004-09-08作者简介 :高磊 (1962- , 教授 , 国际焊接工程师 。沉痛悼念邓建德编委 压力容器 杂志第三 、 四 、 五届编委会委员 、 宜兴北海封头有限公司质保部部长 、 中国压力容器质量管理著名专家邓建德 同志 , 因病医治无效于 2005年 7月 1日下午 2时 9分在常州逝世 , 享年七十岁 。邓建德同志长期以来 , 积极参加社会活动和致力于我国压力容器的标准化与质量管理工作 , 曾主持编写了多部压力容器 行业质量管理方面的技术著作 , 多次参与制定 、 审查压力容器行业的国家及行业标准 , 多次受聘参加压力容器设计制造许可 证的领证换证审查工作和压力容器质量保证工程师的培训考核工作 。邓建德同志作为我刊的编委 , 长期