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压力容器用2205不锈钢管及焊接工艺要点

返回列表 来源:未知 浏览: 发布日期:2020-05-22 08:43【
01压力容器用不锈钢及焊接特色
所谓不锈钢是指在钢中加进必定量的铬元素后,使钢处于钝化状况,具有不生锈的特性。为到达此意图,其铬含量有必要在12%以上。为前进钢的钝化性,不锈钢中还往往需加进能使钢钝化的镍、钼等元素。一般所指的不锈钢实际上是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢并不必定耐酸,而耐酸钢一般均具有杰出的不锈功能。
不锈钢按其钢的安排不同可分为四类,即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢。
1. 奥氏体不锈钢及其焊接特色
2205不锈钢管奥氏体不锈钢是使用最广泛的不锈钢,以高Cr-Ni型最为遍及。现在奥氏体不锈钢大致可分为Cr18-Ni8型、Cr25-Ni20型、Cr25-Ni35型。奥氏体不锈钢有以下焊接特色:
①焊接热裂纹:奥氏体不锈钢因为其热传导率小,线膨胀系数大,因而在焊接过程中,焊接接头部位的高温停留时刻较长,焊缝易构成粗大的柱状晶安排,在凝结结晶过程中,若硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高,就会在晶间构成低熔点共晶,在焊接接头接受较高的拉应力时,就易在焊缝中构成凝结裂纹,在热影响区构成液化裂纹,这都属于焊接热裂纹。避免热裂纹最有用的途径是下降钢及焊材中易发作低熔点共晶的杂质元素和使铬镍奥氏体不锈钢中含有4%~12%的铁素体安排。
②晶间腐蚀:依据贫铬理论,在晶间上分出碳化铬,构成晶界贫铬是发作晶间腐蚀的首要原因。为此,挑选超低碳焊材或含有铌、钛等安稳化元素的焊材是避免晶间腐蚀的首要办法。
③应力腐蚀:开裂应力腐蚀开裂一般表现为脆性损坏,且发作损坏的过程时刻短,因而危害严峻。构成奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的首要原因是焊接剩余应力。焊接接头的安排改变或应力会集的存在,局部腐蚀介质浓缩也是影响应力腐蚀开裂的原因。
④焊接接头的σ相脆化σ相是一种脆硬的金属间化合物,首要析集于柱状晶的晶界。γ相和δ相都可发作σ相改变。比方关于Cr25Ni20型焊缝在800℃~900℃加热时,就会发作强烈的γ→δ改变。关于铬镍型奥氏体不锈钢,特别是铬镍钼型不锈钢,易发作δ→σ相改变,这首要是因为铬、钼元素具有显着的σ化效果,当焊缝中δ铁素体含量超越12%时,δ→σ的改变十分显着,构成焊缝金属的显着的脆化,这也就是为什么热壁加氢反应器内壁堆焊层将δ铁素体含量操控在3%~10%的原因。
2. 铁素体不锈钢及其焊接特色
铁素体不锈钢分为一般铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢两大类,其间一般铁素体不锈钢有Cr12~Cr14型,如00Cr12、0Cr13Al;Cr16~Cr18型,如1Cr17Mo;Cr25~30型。
因为一般铁索体不锈钢中的碳、氮含量较高,故加工成形及焊接都较困难,耐蚀性也难以保证,使用受到约束,在超纯铁素体不锈钢中严厉操控了钢中的碳和氮总量,一般操控在0.035% ~ 0.045%、0.030%、0.010% ~ 0.015%三个层次,一起还加进必要的合金元素以进一步前进钢的耐腐蚀性和综合功能。与一般铁素体不锈钢比较,超纯高铬铁素体不锈钢具有很好的耐均匀腐蚀、点蚀及应力腐蚀功能,较多的使用于石化设备中。铁素体不锈钢有以下焊接特色:
①焊接高温效果下,在加热温度到达1000℃以上的热影响区特别在近缝区的晶粒会急剧长大,焊后即使快速冷却,也无法避免因晶粒粗大化引起的耐性急剧下降及较高的晶间腐蚀倾向。
②铁素体钢本身含铬量较高,有害元素碳、氮、氧等也较多,脆性改变温度较高,缺口敏感性较强。因而,焊后脆化现象较为严峻。
③在400℃~600℃长时刻加热缓冷时,会呈现475℃脆化,使常温耐性严峻下降。在550℃~820℃长时刻加热后,则轻易从铁素体中分出σ相,也显着下降其塑、耐性。
3. 马氏体不锈钢及其焊接特色
2205不锈钢管马氏体不锈钢可分为Cr13型马氏体不锈钢、低碳马氏体不锈钢和超级马氏体不锈钢。Cr13型具有一般抗腐蚀功能,从Cr12为基的马氏体不锈钢,因加进镍、钼、钨、钒等合金元素,除具有必定的耐腐蚀功能,还具有较高的高温强度及抗高温氧化功能。
马氏体不锈钢的焊接特色:Cr13型马氏体不锈钢焊缝和热影响区的淬硬倾向特别大,焊接接头在空冷条件下便可得到硬脆的马氏体,在焊接拘谨应力和分散氢的效果下,很轻易呈现焊接冷裂纹。当冷却速度较小时,近缝区及焊缝金属会构成粗大铁素体及沿晶分出碳化物,使接头的塑、耐性显着下降。
低碳及超级马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后,当然悉数改变为低碳马氏体,但没有显着的淬硬现象,具有杰出的焊接功能。
02压力容器用不锈钢焊材选用
1. 奥氏体不锈钢焊材选用
奥氏体不锈钢焊材的挑选原则是在无裂纹的条件下,保证焊缝金属的耐蚀功能及力学功能与母材根本恰当,或高于母材,一般要求其合金成分大致与母材成分匹配。关于耐蚀的奥氏体不锈钢,一般希看含必定量的铁素体,这样既能保证杰出的抗裂功能,又能有很好的抗腐蚀功能。但在某些特别介质中,如尿素设备的焊缝金属是不容许有铁素体存在的,不然就会下降其耐蚀性。对耐热用奥氏体钢,应考虑对焊缝金属内铁素体含量的操控。关于长时刻在高温运转的奥氏体钢焊件,焊缝金属内铁素体含量不该超越5%。读者可依据Schaeffler图,按焊缝金属中的铬当量和镍当量估计出相应的铁素体含量。
2. 铁素体不锈钢焊材选用
铁素体不锈钢焊材根本上有三类:1)成分根本与母材匹配的焊材;2)奥氏体焊材;3)镍基合金焊材,因为其价格较高,故很少选用。
铁素体不锈钢焊材可选用与母材恰当的材料,但在拘谨度大时,很轻易发作裂纹,焊后可选用热处理,恢复耐蚀功能,并改进接头塑性。选用奥氏体焊材可革除预热和焊后热处理,但关于不含安稳元素的各种钢,热影响区的敏化仍然存在,常用309型和310型铬镍奥氏体焊材。关于Cr17钢,也可用308型焊材,合金含量高的焊材有利于前进焊接接头塑性。奥氏体或奥氏体一铁素体焊缝金属根本与铁素体母材等强,但在某些腐蚀介质中,焊缝的耐蚀性或许与母材有很大的不同,这一点在挑选焊材时要留心。
3. 马氏体不锈钢焊材选用
在不锈钢中,马氏体不锈钢是能够利用热处理来调整功能的,因而,为了保证使用功能的要求,特别是耐热用马氏体不锈钢,焊缝成分应尽量挨近母材的成分。为了避免冷裂纹,也可选用奥氏体焊材,这时的焊缝强度必然低于母材。
焊缝成分同母材成分相近时,焊缝和热影响区将会一起硬化变脆,一起在热影响区中呈现回火软化区。为了避免冷裂,厚度3mm以上的构件往往要进行预热,焊后也往往需求进行热处理,以前进接头功能,因为焊缝金属与母材的热膨胀系数根本共同,经热处理后有或许完全消除焊接应力。
当工件不容许进行预热或热处理时,可挑选奥氏体安排焊缝,因为焊缝具有较高的塑性和耐性,能松懈焊接应力,并且能较多地固溶氢,因而可下降接头的冷裂倾向,但这种材质不均匀的接头,因为热膨胀系数不同,在循环温度的工作环境下,在熔合区或许发作剪应力,而导致接头损坏。
关于简单的Cr13型马氏体钢,不选用奥氏体安排的焊缝时,焊缝成分的调整余地未几,一般都和母材基体相同,但有必要约束有害杂质S、P及Si等,Si在Cr13型马氏体钢焊缝中可促进构成粗大的马氏体。下降含C量,有利于减小淬硬性,焊缝中存在少数Ti、N或Al等元素,也可细化晶粒并下降淬硬性。
关于多组元合金化的Cr12基马氏体热强钢,首要用途是耐热,一般不用奥氏体焊材,焊缝成分希看挨近母材。在调整成分时,有必要保证焊缝不致呈现一次铁素体相,因它对功能十分有害,因为Cr13基马氏体热强钢的首要成分多为铁素体元素(如Mo、Nb、W、V等),为保证悉数安排为均一的马氏体,有必要用奥氏体元素加以平衡,也就是要有恰当的C、Ni、Mn、N等元素。
马氏体不锈钢具有恰当高的冷裂倾向,因而有必要严厉坚持低氢,乃至超低氢,在挑选焊材时,有必要要留心这一点。

2205不锈钢管
03压力容器用不锈钢焊接关键
1. 奥氏体不锈钢焊接关键
总的来说,奥氏体不锈钢具有优秀的焊接性。几乎一切的熔化焊接办法均可用于焊接奥氏体不锈钢,奥氏体不锈钢的热物理功能和安排特色决议了其焊接工艺关键。
①因为奥氏体不锈钢导热系数小而热膨胀系数大,焊接时易于发作较大的变形和焊接应力,因而应尽或许选用焊接能量会集的焊接办法。
②因为奥氏体不锈钢导热系数小,在同样的电流下,可比低合金钢得到较大的熔深。一起又因为其电阻率大,在焊条电弧焊时,为了避免焊条发红,与同直径的碳钢或低合金钢焊条比较,焊接电流较小。
③焊接标准。一般不选用大线能量进行焊接。焊条电弧焊时,宜选用小直径焊条,快速多道焊,关于要求高的焊缝,乃至选用浇冷水的办法以加速冷却,关于纯奥氏体不锈钢及超级奥氏体不锈钢,因为热裂纹敏感性大,更应严厉操控焊接线能量,避免焊缝晶粒严峻长大与焊接热裂纹的发作。
④为前进焊缝的抗热裂功能和耐蚀功能,焊接时,要特别留心焊接区的清洁,避免有害元素渗透焊缝。
⑤奥氏体不锈钢焊接时一般不需求预热。为了避免焊缝和热影响区的晶粒长大及碳化物的分出,保证焊接接头的塑、耐性和耐蚀姓,应操控较低的层间温度,一般不超越150℃。
2. 铁素体不锈钢焊接关键
铁素体不锈钢的铁素体构成元素相对较多,奥氏体构成元素相对较少,材料淬硬和冷裂倾向较小。铁素体不锈钢在焊接热循环的效果下,热影响区晶粒显着长大,接头的耐性和塑性急剧下降。热影响区晶粒长大的程度取决于焊接时所到达的最高温度及其坚持时刻,为此,在焊接铁素体不锈钢时,应尽量选用小的线能量,即选用能量会集的办法,如小电流TIG、小直径焊条手工焊等,一起尽或许选用窄间隙坡口、高的焊接速度和多层焊等办法,并严厉操控层间温度。
因为焊接热循环的效果,一般铁素体不锈钢在热影响区的高温区发作敏化,在某些介质中发作晶间腐蚀。焊后经700~850℃退火处理,使铬均匀化,可恢复其耐蚀性。
一般高铬铁素体不锈钢可选用焊条电弧焊、气体维护焊、埋弧焊焊等熔焊办法。因为高铬钢固有的低塑性,以及焊接热循环引起的热影响区晶粒长大和碳化物、氮化物在晶界集聚,焊接接头的塑性和耐性都很低。在选用与母材化学成分相似的焊材且拘谨度大时,很易发作裂纹。为了避免裂纹,改进接头塑性和耐蚀性,以焊条电弧焊为例,能够采纳下列工艺办法。
①预热100~150℃左右,使材料在赋有耐性的状况下焊接。含铬越高,预热温度应越高。
②选用小的线能量、不摇摆焊接。多层焊时,应操控层间温度不高于150℃,不宜接连施焊,以减小高温脆化和475℃脆性影响。
③焊后进行750~800℃退火处理,因为碳化物球化和铬散布均匀,可恢复耐蚀性,并改进接头塑性。退火后应快冷,避免呈现σ相及475℃脆性。
3. 马氏体不锈钢焊接关键
关于Cr13型马氏体不锈钢,当选用同材质焊条进行焊接时,为了下降冷裂纹敏感性,保证焊接接头塑、耐性,应选用低氢型焊条并一起采纳下列办法:
①预热。预热温度随钢材含碳量的增加而前进,一般在100℃ ~ 350℃范围内。
②后热。关于含碳量较高或拘谨度大的焊接接头,焊后采纳后热办法,以避免焊接氢致裂纹。
③焊后热处理。为改进焊接接头塑、耐性和耐蚀性,焊后热处理温度一般为650℃ ~ 750℃,保温时刻按1h / 25mm计。
关于超级及低碳马氏体不锈钢,一般可不采纳预热办法,当拘谨度大或焊缝中含氢量较高时,采纳预热及后热办法,预热温度一般为100℃ ~ 150℃,焊后热处理温度为590 ~ 620℃。
关于含碳量较高的马氏体钢。或在焊前预热、焊后热处理难以施行,以及接头拘谨度较大的情况下,工程中也可用奥氏体型的焊材,以前进焊接接头的塑、耐性,避免发作裂纹。但此刻焊缝金属为奥氏体安排或以奥氏体为主的安排时,与母材强度比较实为低强匹配,而且焊缝金属与母材在化学成分、金相安排、热物理功能、力学功能不同很大,焊接剩余应力不可避免,轻易引发应力腐蚀或高温蠕变损坏。
04双相不锈钢的焊接
1. 双相不锈钢的类型
双相不锈钢因为具有奥氏体+铁素体双相安排,且两个相安排的含量根本恰当,故兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特色。屈从强度可达400Mpa ~ 550MPa,是一般奥氏体不锈钢的2倍。与铁素体不锈钢比较,双相不锈钢的耐性高,脆性改变温度低,耐晶间腐蚀功能和焊接功能均显着前进;一起又保存了铁素体不锈钢的一些特色,如475℃脆性、热导率高、线膨胀系数小,具有超塑性及磁性等。与奥氏体不锈钢比较,双相不锈钢的强度高,特别是屈从强度显着前进,且耐孔蚀性、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲惫等功能也有显着的改进。
双相不锈钢按其化学成分分类,可分为Cr18型、Cr23(不含Mo)型、Cr22型和Cr25型四类。关于Cr25型双相不锈钢又可分为一般型和超级双相不锈钢,其间近年来使用较多的是Cr22型和Cr25型。我国选用的双相不锈钢以瑞典产居多,详细商标有:3RE60(Cr18型),SAF2304(Cr23型),SAF2205(Cr22型),SAF2507(Cr25型)。
2. 双相不锈钢的焊接特色
①双相不锈钢具有杰出的焊接性,它既不像铁素体不锈钢焊接时热影响区易脆化,也不像奥氏体不锈钢易发作焊接热裂纹,但因为它有大量的铁素体,当刚性较大或焊缝含氢量较高时,有或许发作氢致冷裂纹,因而严厉操控氢的来源是十分重要的。
②为了保证双相钢的特色,保证焊接接头的安排中奥氏体及铁素体份额适宜是这类钢焊接的关键所在。当焊后接头冷却速度较慢时,δ→γ的二次相改变较充沛,因而到室温时可得到比较例比较适宜的双相安排,这就要求在焊接时要有恰当大的焊接热输人量,不然若焊后冷却速度较快时,会使δ铁素体相增多,导致接头塑耐性及耐蚀性严峻下降。
3. 双相不锈钢焊材选用
双相不锈钢用的焊材,其特色是焊缝安排为奥氏体占优的双相安排,首要耐蚀元素(铬、钼等)含量与母材恰当,然后保证与母材恰当的耐蚀性。为了保证焊缝中奥氏体的含量,一般是前进镍和氮的含量,也就是前进约2% ~ 4%的镍当量。在双相不锈钢母材中,一般都有必定量的氮含量,在焊材中也希看有必定的含氮量,但一般不宜太高,不然会发作气孔。这样镍含量较高就成了焊材与母材的一个首要区别。
依据耐腐蚀性、接头耐性的要求不同来挑选与母材化学成分相匹配的焊条,如焊接Cr22型双相不锈钢,可选用Cr22Ni9Mo3型焊条,如E2209焊条。选用酸性焊条时脱渣优秀,焊缝成形美观,但冲击耐性较低,当要求焊缝金属具有较高的冲击耐性,并需进行全方位焊接时,应选用碱性焊条。当根部封底焊时,一般选用碱性焊条。当对焊缝金属的耐腐蚀功能具有特别要求时,还应选用超级双相钢成分的碱性焊条。
关于实心气体维护焊焊丝,在保证焊缝金属具有杰出耐腐蚀性与力学功能的一起,还应留心其焊接工艺功能,关于药芯焊丝,当要求焊缝成形美观时,可选用金红石型或钛钙型药芯焊丝,当要求较高的冲击韧度或在较大的拘谨度条件下焊接时,宜选用碱度较高的药芯焊丝。
关于埋弧焊宜选用直径较小的焊丝,完成中小焊接标准下的多层多道焊,以避免焊接热影响区及焊缝金属的脆化,并选用配套的碱性焊剂。

2205不锈钢管
4. 双相不锈钢的焊接关键
①焊接热过程的操控 焊接线能量、层间温度、预热及材料厚度等都会影响焊接时的冷却速度,然后影响到焊缝和热影响区的安排和功能。冷却速度太快和太慢都会影响到双相钢焊接接头的耐性和耐腐蚀功能。冷却速度太快时会引起过多的α相含量以及Cr2N的分出增加。过慢的冷却速度会引起晶粒严峻粗大,乃至有或许分出一些脆性的金属间化合物,如σ相。表1列出了一些引荐的焊接线能量和层间温度的范围。在挑选线能量时还应考虑到详细的材料厚度,表中线能量的上限适合于厚板,下限适合于薄板。在焊接合金含量高的ω(Cr)为25 % 的双相钢和超级不锈钢时,为获得最佳的焊缝金属功能,主张最高层间温度操控在100℃。当焊后要求热处理时能够不约束层间温度。
②焊后热处理双相不锈钢焊后最好不进行热处理,但当焊态下α相含量超越了要求或分出了有害相,如σ相时,可选用焊后热处理来改进。所用的热处理办法是水淬。热处理时加热应尽或许快,在热处理温度下的保温时刻为5 ~ 30min,应该足以恢复相的平衡。在热处理时金属的氧化十分严峻,应考虑选用惰性气体维护。关于ω(Cr)为22 % 的双相钢应在1050℃ ~ 1100℃温度下进行热处理,而ω(Cr)为25 % 的双相钢和超级双相钢要求在1070℃ ~ 1120℃温度下进行热处理。
05不锈钢压力容器焊接实例
直径为800mm,壁厚为10mm的闪蒸罐,壳体材质为0Cr18Ni9。
阐明:①筒体直径为800mm,焊工能够钻进筒体内焊接,故筒体纵、环缝故选用焊条电弧焊进行双面焊。
②本设备无人孔,故合拢焊缝只能从外侧焊接。为保证焊接质量,选用TIG焊打底。但不锈钢氩弧焊焊接时反面金属会被氧化,以前只能通过选用反面充氩维护的办法,可是当设备较大或反面无法施行氩气维护时,将大量浪费氩气,且仍或许呈现维护不好。为解决这一工艺困难,日本油脂公司焊接事业部开发制作了一种反面自维护不锈钢TIG焊丝,这是一种具有特别涂层的焊丝,涂层(即药皮)熔化后会渗透到熔池反面,构成一层致密的维护层,恰当于焊条药皮的效果。这用焊丝的使用办法与一般的TIG焊丝完全相同,涂层不会影响正面的电弧和熔池形态,大大下降了不锈钢氩弧焊的焊接本钱。本设备中,若选用反面氩气维护,氩气浪费严峻,故选用了自维护焊丝。
③接收与平焊法兰角焊缝、接收与壳体角焊缝,鉴于此部位焊缝外形和焊接条件,一般选用焊条电弧焊。若接收直径太小,为了削减焊接难度,也能够选用TIG焊。
④支座与壳体焊接角焊缝属非承压焊缝,选用熔化极气体维护焊(维护气体为纯CO2),效率高,焊缝成形好。TFW-308L为焊材商标,其焊材型号为E308LT1-1(AWS A5.22)。