道間溫度對316L奧氏體不銹鋼管焊縫性能的影響

張西雷，薛 慧，王 強

（中國石油天然氣管道第二工程有限公司，江蘇 徐州 221006）

道間溫度對316L奧氏體不銹鋼管焊縫性能的影響

張西雷，薛 慧，王 強

（中國石油天然氣管道第二工程有限公司，江蘇 徐州 221006）

為了研究道間溫度對316L奧氏體不銹鋼焊縫性能的影響，采用手工鎢極氬弧焊方法對不同道間溫度的焊接接頭進行焊接，并對不同道間溫度下的接頭力學性能和晶間腐蝕性能進行了研究和比較，發(fā)現(xiàn)對晶間腐蝕試驗不做要求時，316L不銹鋼焊接的道間溫度不超過150℃便可確保焊接接頭的力學性能滿足質量要求；要求進行晶間腐蝕試驗時，應嚴格控制道間溫度不超過80℃，否則極易發(fā)生晶間腐蝕開裂。

316L；奧氏體不銹鋼；手工鎢極氬弧焊；道間溫度；晶間腐蝕

Abstract:In order to research the influence of interpass temperature on 316L austenite stainless steel weld performance, adopting the manual tungsten argon arc welding method to weld welded joint with different interpass temperature,studied the mechanical properties of welded joint and intercrystalline corrosiveness under different interpass temperature.The results indicated that the best interpass temperature for welding 316L austenite stainless steel:it should lower than 150℃ if intergranular corrosion wasn’t been required;it should lower than 80℃ if intergranular corrosion was been required; otherwise the intergranular corrosion cracking easily happened.

Key words:316L;austenite stainless steel;manual gas tungsten arc welding;interpass temperature;intergranular corrosion

道間溫度（俗稱層間溫度）是指多層多道焊時，在施焊后續(xù)焊道之前，其相鄰焊道應保持的最高溫度。目前奧氏體不銹鋼管的焊接以手工鎢極氬弧焊為主。在奧氏體不銹鋼的焊接過程中，道間溫度是一個較為重要的焊接工藝參數。道間溫度過高會導致焊縫處過熱，導致焊道發(fā)黑；道間溫度過低，在焊接時需要長時間冷卻，增加施工時間，降低了施工功效。

1 焊接條件

316L不銹鋼管的焊接在車間內進行，確保外界風速小于等于2 m/s，外界環(huán)境溫度為12～38℃，環(huán)境濕度為42%RH～86%RH。焊接設備采用山東奧太的ZX7-400STG焊機，也可采用具有陡降外特性的焊接電源。焊接過程中均采用同一焊接工藝參數，見表1。

表1 316L不銹鋼焊接工藝參數

2 焊接過程

選取316L Φ60 mm×5 mm不銹鋼管作為研究對象，采用手工鎢極氬弧焊的焊接方法，填充材料選用ER309LMo Φ2.4 mm實心焊絲，保持不同道間溫度進行鋼管焊接，焊接過程中保證其他焊接工藝參數不變。

2.1 焊前準備

焊前應將坡口兩側75 mm范圍內的油污等雜質清理干凈，組對間隙均勻，處于2.5～3.5 mm范圍內。焊前將316L鋼管預熱至設定道間溫度后方可進行焊接。

2.2 焊接過程

焊接過程中應保持焊接工藝參數不變，每道焊縫焊接完成后均應測量道間溫度。若道間溫度高于設定溫度,則應等待其冷卻至設定溫度后方可進行焊接；若道間溫度低于設定溫度，則應將其加熱至設定溫度后繼續(xù)焊接。

2.3 非破壞性檢驗

焊接完成后，要進行外觀檢查，焊縫表面不能有未熔合、未焊透、氣孔、夾鎢等缺陷，焊縫余高為0～3 mm。無損檢測合格后才能進行射線檢測，射線檢測按照NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》執(zhí)行，無損檢測合格后進行力學性能及晶間腐蝕試驗。

2.4 破壞性檢驗

破壞性檢驗包括拉伸試驗、彎曲試驗和晶間腐蝕試驗。拉伸試驗按照標準GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》測定焊接接頭的抗拉強度；彎曲試驗按照標準GB/T 2653—2008《焊接接頭彎曲試驗方法》及標準NB/T47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》中規(guī)定的試驗條件及參數測定焊接接頭的完好性和塑性；晶間腐蝕試驗按照標準ASTM A262-14《Standard to Intergra-nular Attack in Austenitic Stainless Steels》E法取樣和試驗。

3 試驗結果

試驗過程中焊接道間溫度分為6組：常溫（20℃）、60℃、70℃、80℃、100℃、150℃，分別進行力學性能和晶間腐蝕試驗。

3.1 拉伸試驗

根據標準要求截取試樣，進行拉伸試驗，不同道間溫度下焊接接頭平均抗拉強度曲線見圖1，試驗結果見表2。

圖1 不同道間溫度下焊接接頭抗拉強度曲線（316L）

表2 316L Φ60 mm×5 mm不銹鋼管不同道間溫度時焊接接頭拉伸試驗結果

3.2 彎曲試驗

根據標準要求對每組試件截取面彎、背彎試樣各2件，試驗結果見表3。

表3 316L Φ60 mm×5 mm不銹鋼管不同道間溫度時彎曲試驗結果

3.3 晶間腐蝕試驗

根據標準ASTM A 262-14 E法每組試驗取3件進行晶間腐蝕試驗，試驗前先對試樣進行敏化處理，敏化處理溫度為650℃，保溫2 h后空冷。常溫（20℃）、60℃、70℃的晶間腐蝕試樣未出現(xiàn)晶間腐蝕裂紋；80℃、100℃、150℃的晶間腐蝕試樣表面出現(xiàn)了晶間腐蝕裂紋，其中70℃和80℃的晶間腐蝕試樣分別見圖2和圖3。

圖2 316L道間溫度為70℃時晶間腐蝕試樣

圖3 316L道間溫度為80℃時晶間腐蝕試樣

4 試驗結果分析

通過對316L不同道間溫度下拉伸試驗結果的分析，道間溫度不超過150℃時，焊接接頭的抗拉強度均大于母材規(guī)定的最低抗拉強度，拉伸試驗能夠滿足質量要求。

通過對316L不同道間溫度下彎曲試驗結果的分析，道間溫度不超過150℃時，焊接接頭的彎曲試驗均能滿足NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》的要求。

通過對316L奧氏體不銹鋼不同道間溫度下晶間腐蝕試驗結果的分析，道間溫度與焊縫的晶間腐蝕性能有較為明顯關系。當道間溫度小于80℃時，能夠確保焊接接頭的晶間腐蝕試驗合格；當道間溫度大于等于80℃時，焊接接頭的晶間腐蝕試驗有不同程度的開裂，不能滿足質量要求。

5 結論

（1）若管線設計時對奧氏體不銹鋼晶間腐蝕試驗無要求，道間溫度不超過150℃便可確保焊接接頭的力學性能滿足質量要求。

（2）若管線設計為輸送腐蝕性介質或焊接工藝評定中要求進行晶間腐蝕試驗時，316L不銹鋼焊接過程中應嚴格控制道間溫度不超過80℃，否則極易發(fā)生晶間腐蝕開裂。

（3）為嚴格控制焊接過程中的道間溫度，并提高施工效率，每道焊縫完成后可以采取必要的措施加快焊縫的冷卻速度（如水冷）。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]張應立.新編焊工使用手冊[M].北京：金盾出版社，2004.

[3]劉云龍.焊工技師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[4]王文翰.焊接技術手冊[M].鄭州：河南科學技術出版社，2000.

[5]NB/T 47014—2011，承壓設備焊接工藝評定[S].

[6]ASTM A262-14,Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels[S].

[7]孟慶森，王文先，吳志生.金屬材料焊接基礎[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[8]潘春旭.異種鋼及異種金屬焊接——顯微結構特征及其轉變機理[M].北京：人民交通出版社，2000.

[9]胡元巖，楊元修，嚴俊霞.實用焊工速查手冊[M].石家莊：河北科學技術出版社，2002.

[10]屈興勝，林成，劉志林.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕[J].遼寧工學院學報，2007，27（1）:45-50.

[11]黃一桓.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕機理及預防措施[J].中國科技信息，2006（16）:88-90.

Influence of Interpass Temperature on 316L Austenite Stainless Steel Weld Performance

ZHANG Xilei,XUE Hui,WANG Qiang
（The No.2 Pipeline Construction Limited Company of China National Petroleum Corporation, Xuzhou 221006,Jiangsu,China）

TG407

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.03.003

2016-12-26

編輯：汪翰云

張西雷（1982—），男，本科，工程師，主要從事焊接技術及焊接工藝研究工作。