奥氏体不锈钢管道安装焊接工艺

步兆雪

摘要：随着科技的不断发展，不锈钢在航空、石油化工，和原子能等工业中得到越来越广泛的应用。奥氏体不锈钢具有较好的稳定性。但在石油化工管道的安装，检修中、所遇到不锈钢的焊接性问题也是层出不穷，我们往往由于对奥氏体不锈钢的焊接性缺乏了解，造成一些不必要的焊接缺陷导致设备利用率，耐蚀性降低，及达不到原有设计所需要的使用性能等缺陷。

关键词：奥氏体不锈钢 管道 电厂建设 质量控制

在当前的化工生产建设过程中，经常会出现不同材质管道进行异种焊接作业的情况，同时由于大部分的化工管道工作环境经常以高压高温条件为主，因此对于焊接作业的质量有着较高的要求，同时不同类型的不锈钢在焊接过程中也会受到材质差异性的影响，因此如何在异种焊接过程中选择正确的焊接工艺以提升焊接质量，是当前化工领域在技术研发过程中需要注重的主要问题。

一、奥氏体不锈钢的焊接特点

1.1奥氏体不锈钢焊接接头热裂纹

（1） 奥氏体不锈钢的热导率相对较低。通常，w（C）为 1%的普通碳钢的热导率为 45W/（m.K），而不锈钢的热导率仅为 16W（m-K）。由于奥氏体不锈钢的线膨胀系数大，在焊接过程中，在局部加热和冷却条件下，可能会产生高拉伸应力。 （2）奥氏体不锈钢的液相线和固相线范围大，结晶时间长，容易导致有害杂质如低熔点 S和 P的分离。低熔点杂质在晶界处的分离形成低熔点晶间液膜。在凝固过程中，低熔点晶间液膜在拉伸应力的作用下易于破裂。（3） 奧氏体钢和焊接金的成分更为复杂。不仅杂质（如 S和 P）可以形成低熔点晶间液膜，而且某些合金元素（如 Si和 Nb）由于溶解度有限.还易于形成可溶性低共熔物，如硅化物共晶，铌化物共晶。这些共晶在弹性应力下也容易开裂。

1.2奥氏体不锈钢焊接接头的耐腐蚀性

保持在 400C～850C或缓慢冷却，奥氏体不锈钢会产生严重的晶间腐蚀破坏。这是由于晶界处 Cr23C6的富 Cr沉淀引起的，這导致周围的基体形成较差的 Cr区域。碳含量越高，晶间腐蚀的趋势越大。当焊接奥氏体不锈钢时，焊缝和热影响区的晶间腐蚀特别严重，这可能导致晶粒剥落和钢零件变脆。此外，由奥氏体不锈钢制成的焊接接头也容易出现应力腐蚀开裂和凹坑腐蚀。

1.3奥氏体不锈钢焊缝的脆化

（1）焊缝金属低温脆化。当在低温下使用奥氏体不锈钢的焊接接头时，焊缝金属的可塑性是--个主要问题，并且焊缝中铁素体的存在会导致焊缝塑料大量下落。因此，在低温下工作的焊接奥氏体钢应为纯奥氏体焊接，并且可以通过选择纯奥氏体焊条并制定合理的焊接工艺来获得纯奥氏体焊接。

二、焊接准备

2.1材料选择

做好焊接准备工作是技术应用的前提，需要对相关焊接材料进行标准检验，实际中应用的焊接材料主要是焊线和焊条，通常焊条需要经过 350"C的高温烘干，需要持续 1h以上。同时，在焊条使用过程中，需要在 80耀120"（2的保温装置中进行保温处理，在正式使用时，方可取出。焊线在使用前，需要做好清理工作，对表面的污垢和杂物进行清理，以焊线表面出现金属光泽为主要技术标准。奥氏体不锈钢在高温焊接条件下，应对拼接头的高温性能进行验证，对焊缝金属的抗热裂性能进行检验，使得技术应用合理有效。对于焊条的选择还应注重对材质进行规范，以耐腐蚀、耐热钢材为主。为强化焊接质量，焊条性能需要与不锈钢管实际用途相一致，提升焊接工艺使用能力。铁素体不锈钢，是指在正常使用条件下，以铁素体组织为主的不锈钢材料，其铬元素含量在 11豫耀30豫之间，属于铁心立方晶体结构的一种，此类钢材中一般不含有镍元素，具有导热系数大、抗氧化和腐蚀能力强的特点。

2.2二次回路

焊接过程中，需要对奥氏体一铁素体不锈钢表面进行验证，其表面不能存在电弧痕迹，不得存在明显的焊接损伤。实际应用中，需要对焊机地线进行优化设计，不得将二次回路搭设在不锈钢管上，以免发生电弧损伤。对焊接技术进行准备，优化二次回路设计，使得焊接过程优化合理，是准备工作重点。技术人员应认识到焊接质量控制的重要性，通过技术控制，强化焊接作业水平。

2.3保护工作

奥氏体一铁素体不锈钢焊接工艺使用前，需要做好相关保护工作，需要使用氩气保护焊口，在焊接背面制作密封气体空间，在其中住满氩气。实际工作中，可使用木板和硬纸板作为密闭气室的支撑结构，使得焊接保护工作满足技术标准。同时，在管理工作中，应控制保护气体流量和进出速度，避免造成气压值过高影响实际焊接质量。焊接过程中，保护工作至关重要，可通过对奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢焊接技术应用，全面提升整体焊接质量。

三、奥氏体不锈钢管道焊接工艺及选材原则

火电厂不锈钢焊接施工中较常用的是奥氏体，如： 0Cr18Ni9Ti、1Crl8Ni9Ti等。奥氏体不锈钢具有更好的耐久性，并且相对容易粘结。即使在焊接状态下，焊接接头也具有高电阻。但是，与普通碳钢相比，其热导率约为碳钢的 1/3，其膨胀系数是碳钢的 1.5倍。虽然奥氏体不锈钢具有较低的导热率和较高的膨胀系数，但是在焊接过程中容易发生变形和伸长。

3.1焊接方法的选择

不锈钢常用的焊接方法有手工电弧焊、氩弧焊及等离子弧焊。主要根据系统设计介质温度、压力、施工条件和操作环境，以及施工成本等确定。在工艺管道施工中，因管径大小不等，且管道上阀门、热控仪表、取样管件较多，使得焊口位置变化较复杂。所以一般采用手工电弧焊。在凝结水精处理系统管道施工中，由于输送的介质有一定清洁度要求（避免污染），况且管子口径均在椎159mm以上，通常我们都是采用氩弧焊打底、手工电弧焊盖面的方式焊接。

3.2焊缝坡口形式的选择

焊缝坡口应与焊接方法一起考虑，不同的焊接方法特点不同，所以坡口选择要求不同，坡口与管子壁厚、产品要求、实际情况有关，焊接时的穿透力（熔深）也不同。在施工过程中，应根据具体材料调整凹槽的间隙和角度。如果槽尺寸太大，不仅会增加施工成本，还会使接缝应力过大，容易变形和开裂 当沟槽尺寸很小时，容易出现质量缺陷，例如渗透不完全和夹渣。当使用手工电弧焊进行工作时，因为不锈钢的渗透性低于碳钢焊条。

3.3焊接材料的选择

焊接材料的选择主要应从母材的化学成分、管道介质温度和压力、焊机电流（交流或直流），各种考虑因素，例如焊接方法和焊接过程中的环境温度。奥氏体不锈钢通常使用铬镍不锈钢电极（品牌前缀“A”）。可以根据电极的成本效益选择特定等级。当需要下沉氩弧焊时，通常选择含 Ti和 Nb的氩弧焊丝，钨极为铈 WCe20钨极，惰性保护气体为 99.99%氩气。

四、结语

影响奥氏体钢焊接质量的因素很多。为提高焊接质量，必须符合有关技术规定和产品技术条件，并根据实际情况合理选择焊接材料和焊接工艺参数，确保设备能满足使用要求。

参考文献：

[1]严学光.奥氏体不锈钢与铬钼耐热钢管道焊接工艺[J].科技创新与应用 ，2020（33）：97-98.

（作者单位 ：中核检修有限公司大连分公司）