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1、不锈钢压力容器焊接变形控制与矫正陈颂阳1闫化云2兰旭2赵大伟2金曦2涂强2【摘要】针对海上某油田奥氏体不锈钢超重力机在加工过程中出现的变形，在 充分分析发生形变的原因的基础上，通过焊接工艺优化、夕卜力辅助以及后期精 加工矫正，成功解决了不锈钢压力容器的形变问题。【期刊名称】全面腐蚀控制【年(卷)，期】2014(000)001 【总页数】3 【关键词】奥氏体不锈钢焊接变形控制矫正0引言镍铬奥氏体不锈钢作为耐蚀钢、耐热钢、低温用钢和非磁性材料广泛应用在石 油石化行业，例如：锅炉、压力容器、换热器、吸收塔、储罐和金属软管等易 腐蚀设备。目前，奥氏体不锈钢作为一种常见耐蚀合金，已经在海上油田得到 了广
2、泛的应用，但由于不锈钢本身的特殊性，其在设备建造过程中，经常遇到 由焊接引起的变形问题。因此，找到焊接变形原因并加以矫正对设备的安全建 造至关重要。南海某气田为了脱除天然气中的硫化氢气体，使用了超重力脱硫技术。为了降 低工艺流体对系统的腐蚀，确保海上生产安全，其工艺要求所有的容器和管道 必须使用奥氏体不锈钢316L。容器壁厚为10mm，采用氩弧焊打底，手工电 弧焊填充工艺，打底焊丝为H00Cr19Ni12Mo2，盖面焊条为CHS022，焊丝 化学成分与现场工艺参数见表1表3。在采用316L不锈钢加工超重力机的过程中，发现顶部凸缘法兰与超重力机封 头焊接顶部出现塌陷，部分地方出现微裂纹，如图1所
3、示。为了确保该超重力机尽快在现场应用，认真分析了封头形变原因，及时优化了 焊接工艺，并在后期精加工过程中增加了矫正步骤，成功解决了形变和微裂纹 问题，及时满足了现场需求。1形变原因分析1.1 316L焊接变形的特点(1) 热导率小，导温能力差，热量传递速度慢。它的热导率仅为碳钢的1/3，因 此在热匀调的过程中，均匀化速度要比碳钢慢2/3。近焊缝区的热作用达到饱 和状态时，引起温度分布的扩展范围大，而且温度比较高及维持时间长。也就 是说，焊接奥氏体不锈钢316L时，形成的压缩塑性变形区较碳钢大，热循环 时间较碳钢长，所以引起的热胀冷缩量自然就大1。(2) 与碳钢相比，316L线膨胀系数大，直接引
4、起焊接热胀冷缩量的增加。根据 奥氏体型钢的线膨胀系数比碳钢大50%左右的理论分析，由此引起的焊接变形， 要比低碳钢约大50%。与碳钢相比，316L弹塑性的转变温度高。金属受热时处于全塑性状态的温 度，低碳钢是600C，而316L约为800C,其温度差约为200，由此所引 起的热胀冷缩量，奥氏体型钢要比碳钢大1/3。1.2 316L焊接工艺存在问题奥氏体不锈钢焊接参数包括焊接电流，钨极直径，弧长，电弧电压，焊接速度， 保护气流，喷嘴直径等：(1)焊接电流是决定焊缝成形的关键因素。通常根据焊件材料，厚度及坡口形状来决定。(2)焊极直径根据焊接电流大小决定，电流越大，直径也越大。焊弧和电弧电压，弧长
5、范围约0.5到3mm，对应的电弧电压为810V。(4)焊速：选择时要考虑到电流大小，焊件材料敏感度，焊接位置及操作方式等 因素决定。奥氏体不锈钢的突出特点是对过热敏感，故采用小电流、快速焊，多层焊时要 严格控制层间温度，使层间温度小于60 C。本项目中焊接工艺参数(主要是电 流)选择偏大，导致焊接中间区域热量集中，最终导致焊接区域附近发生严重形 变，影响驱动轴的安装。另外，二层填料较厚，影响了热传导。1.3 316L焊接变形的矫正现场工况条件下316L焊接工无法消除形变问题，应采取焊后快速冷却矫正， 同时结合机械加工的方法进行。2 316L焊接形变的控制与矫正方法根据第一台超重力机焊接过程中出
6、现的问题，采取如下措施进行形变控制与矫 正：2.1优化焊接工艺参数优化焊接电流、电弧电压和焊接速度等工艺参数，如表4所示。2.2优化焊接工艺打底焊时焊缝厚度应尽量薄，与根部熔合良好，收弧时要成缓坡型，如有收弧 缩孔，应用磨光机磨掉。必须在坡口内引弧熄弧，熄弧时应填满弧坑，防止弧 坑裂纹。降低二层的填料厚度，尽可能提高热传导效率；同时采用两名焊工对称焊接， 强化焊接热量分布，降低应力。2.3防止敏化处理由于316L是奥氏体不锈钢，为防止碳化物析出敏化及晶间腐蚀，应严格控制 层间温度和焊后冷却速度，要求焊接时层间温度控制在60C以下，焊后必须立 即水冷，既可增大接头的冷却速度，又可减少焊接应力2。
7、2.4夕卜力支撑在焊接易塌陷部位进行支撑固定，分散焊接时产生的应力。如图2所示。2.5结合机械加工的方法进行矫正316L奥氏体不锈钢封头焊接完成后，其变形是无法避免的，必然会产生安装长 度偏差，因此在超重力机后期安装磁驱的过程中，必须结合机械加工的方法进 行校正，本项目采用了镗床对其偏差和粗糙度进行处理，最终达到了设计要求。如图3所示。3结论(1) 316L奥氏体不锈钢焊接变形很难避免，因此需根据具体焊接情况对焊接工 艺进行优化，同时必须结合机械矫正的方法方可彻底解决。(2) 316L奥氏体不锈钢需要低能量输入，同时确保焊接热量均匀分布，才能最 大限度降低大形变的发生。(3) 316L奥氏体不锈钢作为材料的设备加工，焊接前一定要进行焊接工艺评定， 制定应对形变的方案。在焊接过程中，一定要控制好层间温度和冷却方法，防 止碳化物析出和晶间腐蚀产生。参考文献：1宋亚群.不锈钢塔板焊接变形的矫正J.焊接技术,1994, 2: 42-43.2王平.大直径不锈钢薄底板焊接变形的控制和矫正J .化工施工技术，1998,20(2): 17-18.
