Alloy20鐵鎳基合金焊接工藝與管理

劉明輝

摘要：通過對管道Alloy 20的成份及焊接性分析，選用相應(yīng)的焊接材料，制定科學(xué)焊接工藝參數(shù)及管理措施，確保焊接質(zhì)量滿足要求，為以后施工提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：Alloy20;焊接工藝;焊接管理

0.前言

我單位在某工程施工中，管道輸送為硫酸介質(zhì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求管道材料采用Alloy20合金，管道焊接DN15-DN150共240寸徑。Alloy 20（NS1403/N08020）又稱20合金，是一種進(jìn)口奧氏體鐵鎳基耐腐蝕合金，該材質(zhì)具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力，良好的耐局部腐蝕能力，對氧化性和中等還原性腐蝕有很好的抵抗能力。

1焊接性分析

Alloy20（NS143/N08020）的焊接具有與奧氏體不銹鋼相類似的問題，即具有較高的熱敏感性，氣孔生成率較高，容易產(chǎn)生未融合、未焊透等缺陷。由于鎳含量高，而鎳的焊接性能較差，在焊接過程中易出現(xiàn)焊接熱裂紋，一般不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。因?yàn)殒嚭土?、磷等都能形成低熔點(diǎn)共晶，鎳合金凝固時(shí)常形成粗大的樹枝狀?yuàn)W氏體結(jié)晶，低熔點(diǎn)雜質(zhì)更容易集中于晶界，未完全凝固的晶界低熔點(diǎn)物很容易被拉裂形成熱裂紋[1]，所以應(yīng)嚴(yán)格控制焊接材料中的硫、磷含量。

管材20合金材料及化學(xué)成份見表1，主要力學(xué)性能見表2。添加鉻主要是為了提供耐腐蝕性，對于氧化性的環(huán)境特別有效;鎳的主要作用是促使形成奧氏體相，也有一些證據(jù)表明在鐵素體合金中鎳增進(jìn)一般耐腐蝕能力，特別是還原性氣氛中如含有硫酸的情況;添加鉬對于超級不銹鋼加入量可以更高，這樣是為了改進(jìn)耐腐蝕性，特別是改進(jìn)耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕能力。

2焊接工藝

2.1焊接方法及焊材選用

本工程最大管材規(guī)格為Φ168×3.4，根據(jù)焊接工藝評定選用全手工氬弧焊焊接。為防止焊接熱裂紋產(chǎn)生，控制焊接材料中的硫、磷含量，本次焊接時(shí)采用Lincoln ER320LR焊絲，詳細(xì)化學(xué)成份見表3。

2.2焊接坡口形式

Alloy20表面的此類雜質(zhì)附著性比不銹鋼更強(qiáng)，坡口加工及修整進(jìn)行打磨。坡口及內(nèi)外兩側(cè) 20mm 范圍內(nèi)的母材表面應(yīng)采用無水酒精、 丙酮有機(jī)溶劑清洗，帶溶劑揮發(fā)后方可進(jìn)行組對和定位焊。由于鎳合金的液態(tài)金屬流動(dòng)性、濕潤性比較差，焊接時(shí)容易產(chǎn)生未熔合等缺陷。為保證融合及熔深良好，坡口角度和根部間隙稍大，焊接坡口形式如圖1所示。

2.3焊接工藝參數(shù)

為保證獲得較好質(zhì)量的焊接焊縫，根部氧化采用焊縫背面充氬，實(shí)行內(nèi)保護(hù)防止根部氧化。為防止焊接接頭過熱，采用多道焊較小的熱輸入，短弧小線能量，層間溫度控制在100℃以下，防止焊縫韌性下降，工藝參數(shù)參見表3。

3管道焊接

3.1焊前清理

組對前用角向磨光機(jī)和棒式砂輪機(jī)將坡口及內(nèi)外兩側(cè) 20mm 范圍內(nèi)的母材表面清理干凈，直到露出金屬光澤。必須使用專用的剛玉砂輪片打磨坡口，所用的鋼絲刷及其它工具全部由不銹鋼制成[2]。

坡口及內(nèi)外兩側(cè) 20mm 范圍內(nèi)的母材表面應(yīng)采用無水酒精、 丙酮有機(jī)溶劑清洗，帶溶劑揮發(fā)后方可進(jìn)行組對和定位焊。

3.2定位焊接

定位焊應(yīng)與根部焊道的正式焊接工藝相同，定位焊縫每道焊口不少于 2 處，長度宜為 10～15mm，厚度不超過壁厚的 2/3，沿焊縫均布。焊縫不得有裂紋及其他缺陷，定位焊焊縫兩端宜磨成緩坡形，且管道組對時(shí)不允許焊接組對卡具。

3.3管道焊接

為保證獲得良好的焊縫質(zhì)量，焊接時(shí)充氬氬氣保護(hù)好焊縫背面，并用“左焊法”快速搖把施焊。焊縫要飽滿，過渡要圓滑，起弧與收弧要填滿，防止咬邊、氣孔、弧坑裂紋的出現(xiàn)。接頭應(yīng)相互錯(cuò)開，接頭打磨后應(yīng)重新清理干凈后在繼續(xù)施焊，焊縫盡量一次性連續(xù)焊接完。

焊接完畢后，應(yīng)及時(shí)將焊縫表面的熔渣及附近的飛濺物清理干凈。焊接接頭焊后應(yīng)在檢測合格后及時(shí)進(jìn)行酸洗與鈍化處理。

4焊接現(xiàn)場管理

由于Alloy20焊接特殊性，為保證焊接質(zhì)量對焊接現(xiàn)場制定相應(yīng)規(guī)定。

4.1焊材驗(yàn)收

焊接使用前除進(jìn)行對質(zhì)量證明文件、外觀等檢查外，還對焊材進(jìn)行熔敷金屬光譜分析，各項(xiàng)符合要求方入場驗(yàn)使用。

4.2焊機(jī)選用

現(xiàn)場選用林肯手工焊焊機(jī)保證焊接各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，焊接時(shí)不得使用劃擦發(fā)引弧，采用高頻引弧方法。

4.3焊工管理

焊接作業(yè)人員必須具有相應(yīng)的焊工資格證書，并且按項(xiàng)目管理規(guī)定現(xiàn)場焊接該類別試件，試件經(jīng)外觀檢查及無損檢測合格，對其焊接資格確認(rèn)后方可允許本項(xiàng)目焊接;進(jìn)場選擇熟練的焊工，焊接水平的高低直接影響著焊縫的施工質(zhì)量。

4.4滲透檢查

為防止Alloy20焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋、未熔合等表面開口缺陷，在焊接每層并經(jīng)冷卻后對每層進(jìn)行滲透檢測，合格后方可進(jìn)行下一層焊接。

5結(jié)束語

通過以上焊接工藝和現(xiàn)場管理，本工程20合金管道焊接施工，按設(shè)計(jì)要求對焊縫進(jìn)行100%檢測，一次性合格率100%，并且運(yùn)行正常多年，從而證明該焊接工藝及現(xiàn)場管理方法切實(shí)可行，為以后Alloy20焊接工藝及管理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張汝松，李志國，劉昌峰.哈氏合金的選用[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2012，（1）：33-35.

[2]SH/T3523-2009，石油化工鉻鎳不銹鋼、鐵鎳合金和鎳合金焊接規(guī)程[S]