低温工况不锈钢管道焊接实践

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1、低温工况不锈钢管道 焊接实践 中原石油勘探局工程建设总公司 二00一年十一月*1第一页目 录一、前言二、主要焊接工作量及工作难点三、0Cr18Ni9不锈钢的基本焊接特性及焊接要求 四、焊接工艺方案及其确定理由五、施工难题的解决 六、焊接工艺参数七、值得注意的问题 八、总结 Date2第一页-40以下工艺配管的管材、法兰、管件，均采用国产 0Cr18Ni9不锈钢材料。0Cr18Ni9的焊接，在理论上已经相当成 熟，但在可燃、易爆介质，低温工况条件下的具体施工中，尚 有许多问题值得探讨及研究。 LNG工程：天然气净化液化处理工程建设单位：中原石油勘探局工程建设总公司初步设计：法国SOFREGAZ公

2、司最终设计：洛阳石油化工工程公司生产产品：液态甲烷最低设计温度：-162生产规模：15104Nm3/d，国内最大Date3第一页二、主要焊接工作量及工程难点不锈钢焊口共5672道，规格如下：公称直径DN15-150，壁厚=3.5-5；另有3566放空线长500余米。 1、主要工程量低温工况，管道不允许进水，死口焊接时通常采用的水溶 纸氩气内保护技术被否定，是施工中的最大难题.2、工程难点-162低温介质，易燃、易爆，系统安全性要求更高， 焊道及HAZ必须具有较高的低温冲击韧性。Date4第一页三、0Cr18Ni9的焊接特性及焊接要求组织为奥氏体（A）加3-5%铁素体（F）。在焊 接热的作用下，

3、焊缝及HAZ主要显示出以下特性：特性说明采用小的E输入，减小HAZ范围，加快焊 缝及HAZ的冷却速度对不锈钢的焊接是有益的。 450-850发生敏化腐蚀650-700发生相脆化。相析出，降低金属的塑性和韧性，促进晶间腐蚀发生。 导热系数小，存在过热区，易造成HAZ的晶 粒长大。焊缝高温停留时间长，枝晶倾向加剧 导热系数小且线膨胀系数大，自由焊态下 焊接变形较大。Date5第一页四、焊接工艺方案及其四、焊接工艺方案及其 确定理由确定理由u焊接工艺方案 焊接方法 焊接材料冷却方法u确定理由焊接方法的确定及理由 焊接材料化学成份的确定 冷却方法确定Date6第一页焊焊焊焊接方法接方法=3.55 DN

4、15-150TIG3566TIG+SMAW 焊焊焊焊接材料接材料H00Cr21Ni10除死口外的焊焊口氩氩弧焊焊TGF-308L打底焊焊接及DN350管线线打底焊焊A137焊焊条）用于DN350管线线填充、盖面冷却方法冷却方法水淬处处理每焊焊接1/4焊焊口进进行一次，层层 间间温度60焊接工艺方案 表：Date7第一页焊道内表面 光洁平整、 易于操作电弧集中、 热影响区窄 、 填充焊道 厚度小。低温冲击值 高，几乎是手 工电弧焊的2 倍确 定的理 由 1、焊接方法的确定理由 选用氩弧焊的原因：Date8第一页出于安全考虑，最终确定所有管线均采 用氩弧焊打底，3566是放空线，压力接近常 压，采

5、用氩弧焊打底，手工电弧焊盖面工艺。 焊接 方法组 号焊材-196冲击功（J） 51055 V型焊缝区热影响区平均值1WSH00Cr21Ni1083626475717471.52WSH00Cr21Ni1061.5766574806069.43WSH00Cr21Ni10/A1376520378331.54747.34WS/DH00Cr21Ni10/A1375743.522.527.534.532.536.3低 温 冲 击 实 验 对 比 表 (均采用最小焊接电流施焊) ：u注：标准规定低温冲击合格平均值16J(依据HG20585-1998)Date9第一页u随着碳含量的降 低，钢材的低温冲 击韧性

6、是增强的， 因此选用超低碳焊 丝。 u控制F相的含量 5%，减弱F相过多 对低温韧性的影响 ，尽量保证焊缝组 织与母材组织u 一 致。 确 定的理 由 2、焊接材料成份的确定理由 选用H00Cr21Ni10、TGF-308L主要基于以下几点考虑：Date10第一页化学成份如下表所示（均为实际使用材料成份） ：成分材料CMnSiSPNiCrH00Cr21Ni100.0151.500.500.0120.029.8021.00TGF-308L0.0201.410.560.0010.02310.0620.370Cr18Ni90.050.700.370.0310.0318.9318.48舍夫勒相图中材料

7、的Cr、Ni当量计算：Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb(%)Nieq=Ni+30C+30N+0.5Mn(%)uH00Cr21Ni10 Creq=21+0.51.5=21.75Nieq=9.80+300.015+0.51.50=11uTGF-308L Creq=20.37+1.50.56=21.21Nieq=10.06+300.020+0.51.41=11.36u0Cr18Ni9 Creq=18.48+1.50.37=19.04Nieq=8.93+300.05+0.50.70=10.78Date11第一页Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb(%)Nieq=Ni+30C+30N

8、+0.5Mn(%)舍 夫 勒 相 图(因不含N含夫勒相图也比较准确)a b cNieq302520151050 5 10 15 20 25 30 35 40 CreqA0%F5%10%20%40%80%100%FF+MMM+FA+MA+F相图中0Cr18Ni9对应的是a点，TGF-308L对应 的是b点，H00Cr21Ni10对应的是c点。其中b、c两 点基本重合，且三点均处于5%F线附近。 Date12第一页主要依据现行标准及我们多年 3、层间温度的确定Date13第一页五、施工难题的解决 （一）低温管道氩弧焊打底内表面氧化问题的解决（二）冷却速度控制Date14第一页（一）低温管道氩弧焊打

9、底内 表面氧化问题的解决1、不锈钢氩弧焊打底内表面氧化问题的 解决方法，目前普遍采用的是如下几种：（1）直接封堵法 （2）自制胶皮胎具 （3）自制气囊胎具 （4）水溶纸法 2、四种方法的 局限性 3、解决对策Date15第一页直接封堵法u 焊接前用胶带密封对口间隙，只留下 一次焊接的长度，焊接时边焊边撕，适用 于小口径管道焊接。 封堵物焊缝氩气管Date16第一页自制胶皮胎具u 适用于直管段预制，超过100mm的各 种直径焊口。用胶带密封对口间隙，施焊时边 焊边撕。 氩气管胶皮钢板螺栓焊缝出气孔Date17第一页自制气囊胎具 u适用于复杂弯管预制 。8#铁丝橡胶气囊气囊注气管不锈钢管氩气管气囊

10、连通管Date18第一页水溶纸法该方法氩气由对口间隙处吹入，对口间隙用胶带 密封，只留下焊接部位，边焊边撕，管内没有残留物 ，适用于各种焊口焊接。 焊 缝钢 管 氩气管水溶纸Date19第一页水溶纸法：需要水冲洗， 才能除掉水溶纸。但低温管 道施焊后不允许水进入管道 系统。前三种方法：堵塞物或胎具无法取出焊接死口时：死口焊 接情况Date20第一页解决对策引进日本TGF308L药皮自保护焊丝 焊丝外部涂有一层约0.5mm厚的药皮，焊接时药皮溶 为熔渣，一部分流到打底焊道背部，起到自保护作用 。 打底焊道成形光滑平整 当打底焊道出现缺陷返修时，很容易实现氩弧焊 打底 受风的影响小，焊工操作容易，

11、很少出现夹渣现象 是不锈钢现场焊接非常有前景的施工方法，也 是低温管道氩弧焊接必不可少的方法。Date21第一页低温实验冲击功（HG20585-1998规定合格值8J）焊材母材实验温度低温冲击值2.51055 V型TGF-308LOCr18Ni9-196焊缝HAZ区212424254468焊口背部涂CJ101焊剂方法进行了实验，渣流动性差，焊道成形困难，且用水玻璃调和的焊剂施焊后没办法清除干净，因此被否定。 TGF-308L 现场焊 接Date22第一页（二）冷却速度控制 DN150以下管道每焊1/4焊口进行一次水淬处理，DN150以上 焊口，约焊100mm进行一次水淬处理，水质采用脱盐、脱氯

12、水 。主要理由如下：冷却速度快，高 温停留时间短、 晶粒细密，低温 冲击值高。便于操作控制，防 止焊道过烧，效率 高关于应力问题尚 有待进一步研究.Date23第一页壁厚焊道 层数焊材 名称焊材 规格电流 性质电流电压氩气 流量喷嘴 直径钨极打 底3.5-41H00Cr21Ni102.0直、正60-6512-148-128铈钨2.4TGF-308L2.0直、正65-7012-148铈钨2.44-.5-51H00Cr21Ni102.0直、正65-7012-148-128铈钨2.4TGF-308L2.0直、正70-7512-148铈钨2.461TGF-308L2.0直、正90-9512-148铈钨

13、2.4填 充3.5-41H00Cr21Ni102.0直、正60-6512-148-128铈钨2.44-.5-52H00Cr21Ni102.0直、正65-7012-148-128铈钨2.462A1372.5直、反50-6023-25盖 面3.5-41H00Cr21Ni102.0直、正60-6512-148-128铈钨2.44.5-51H00Cr21Ni102.0直、正65-7012-148-128铈钨2.461A1372.5直、反50-6023-25焊接工艺参数(见下表）Date24第一页由以上表可看出，尽管美国ASME标准规定 304材质-196以上温度使用时，可不进行低温 冲击实验，但根据我

14、国国情，不进行检验显然是 不现实的。七、值得注意的问题1、应重视国产不锈钢材料的检验不和格 法兰数不和格原因处理办法256成分合格，低温冲击实验击实验 不合格固溶处理132低温冲击实验击实验 合格，成分合格退货Date25第一页2、材料尺寸的控制u由于制造标准与施工标准的差异，管子与 管件内径不一致，造成现场组对、焊接的困 难，因此订货时应预见到并重视这一点。u不锈钢的切割与坡口打磨，应注意选用专用砂 轮片，可选用国产GB2479-83白刚玉磨料制成的 树脂砂轮片。因为砂轮片选择不合适，将污染不 锈钢。3、砂轮片的选用Date26第一页4、焊接变形的控制 u不锈钢焊接变形较大，组对应采取反变形措施 ，可预留反变形量，当死口焊接时，应利用焊接 顺序来控制焊接变形量。5、不锈钢易受铁离子污染Date27第一页八、总 结不锈钢焊口 5672道一次拍片合格率 94.7%-196 液N2预冷投产运行 三个月的低温考验OKDate28第一页谢谢，敬请专家 ！Date29第一页