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        SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝分析

        2020-07-04 10:49:36王振坤
        現(xiàn)代鹽化工 2020年3期
        關(guān)鍵詞:雙相鋼材鐵素體

        王振坤

        摘 ? 要:隨著社會的發(fā)展和工業(yè)化的進步,傳統(tǒng)的不銹鋼已不能滿足高耐腐蝕性的要求,在石油化工等行業(yè)的應(yīng)用逐漸減少。研究發(fā)現(xiàn)雙相不銹鋼材質(zhì)能兼顧鐵素體和奧氏體的優(yōu)點,耐腐蝕性和力學(xué)性能十分優(yōu)秀,很快就被投入到工業(yè)生產(chǎn)中。我國對于雙相不銹鋼的研究起步比西方發(fā)達(dá)國家晚,但在生產(chǎn)加工中已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用成果,許多生產(chǎn)企業(yè)也看到了雙相不銹鋼在未來市場的潛力。因此,系統(tǒng)地介紹SAF2205雙相不銹鋼焊接的工藝和具體操作。

        關(guān)鍵詞:2205雙相不銹鋼;焊接工藝;金屬分析

        傳統(tǒng)的不銹鋼為奧氏體不銹鋼,對晶間腐蝕和孔腐蝕的耐性表現(xiàn)不佳,影響了石油管道運輸?shù)裙ぷ鞯恼i_展,使管道的使用壽命受到束縛,影響了生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)運輸成本。從20世紀(jì)70年代起,我國開始自主研究雙相不銹鋼的生產(chǎn)應(yīng)用,并取得了比較突出的成績。根據(jù)我國獨特的礦產(chǎn)資源分布特點,研究人員將稀土元素融入不銹鋼的生產(chǎn),降低了其中的氮質(zhì)量濃度,研發(fā)的稀土雙相不銹鋼工藝加工性能、抗應(yīng)力和抗腐蝕性能較好,已經(jīng)投入生產(chǎn)使用。

        1 ? ?SAF2205雙相不銹鋼概述

        1.1 ?SAF2205雙相不銹鋼性能特點

        雙相不銹鋼是指在生產(chǎn)中通過熱加工將鐵素體與奧氏體結(jié)合,各占約1/2,使用氮或其他元素以促進二者更好地融合。雙相不銹鋼的優(yōu)點十分明確,即可以兼顧鐵素體和奧氏體的優(yōu)勢,在保持硬度和可加工性的基礎(chǔ)上提高不銹鋼材料的耐腐蝕性,延長材料的使用壽命,降低生產(chǎn)企業(yè)的成本。

        SAF2205是雙相不銹鋼的一種,性能優(yōu)越且價格較低,在實際的生產(chǎn)運輸中應(yīng)用十分廣泛。SAF2205雙相不銹鋼的抗拉強度可達(dá)到655 MPa,雙相不銹鋼材質(zhì)的密度更小、質(zhì)量輕,線性熱膨脹系數(shù)也低于奧氏體不銹鋼,使SAF2205雙相不銹鋼的可加工性更突出,使用時不容易開裂,鍛造和冶煉更便利[1]。同時,由于添加了鉬元素,雙相不銹鋼的孔抗蝕力當(dāng)量值(Equivalent Value of Pitting Resistance,PRE)超過40,極大地彌補了傳統(tǒng)不銹鋼的缺點,在耐孔蝕和耐縫隙腐蝕方面表現(xiàn)更佳。

        1.2 ?SAF2205雙相不銹鋼焊接分析

        焊接的工藝直接影響不銹鋼管材的使用,由于雙相不銹鋼中獨特的雙重組織,在焊接管材焊縫處奧氏體因受熱產(chǎn)生變化,逐漸向鐵素體轉(zhuǎn)變,即鋼材內(nèi)鐵素體和奧氏體的比例發(fā)生變化,一旦材料內(nèi)鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過60%,不銹鋼的整體性能會下降,因此,要正確運用焊接技術(shù),在接頭處妥善處理,才能使焊接區(qū)域和母材保持同樣的性能。首先,在焊接之前要進行接頭設(shè)計,保證接頭處受熱后材料依然能夠保持與其他部分相同的二相性。

        在焊接時要注意減少應(yīng)力集中,避免腐蝕介質(zhì)聚集在焊縫處導(dǎo)致使用時發(fā)生斷裂。其次,在焊接時要用小功率、大焊速,有效避免十字交叉焊縫。焊接時要特別關(guān)注對溫度的控制,每個焊縫完成后應(yīng)冷卻至要求溫度后再繼續(xù)工作,防止材料過熱發(fā)生脆化斷裂。

        2 ? ?SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝

        2.1 ?焊接準(zhǔn)備

        在開始焊接前,要先按照要求的尺寸切割不銹鋼鋼材,在焊接處留出X形或V形的焊接口,切割焊縫的角度約為60°,焊縫的寬度約為2 mm。一般的焊接口使用直線切割更節(jié)約成本,且焊接效果差距較小,如果使用U形接口則需要由專門的機器加工,不利于控制生產(chǎn)成本。切割完成后要打磨焊接口周圍50 mm內(nèi)的鋼材,將附著的油脂、灰塵和水漬清理干凈??梢允褂盟嵛g的方式清洗切口處,使切口處的金屬鈍化,提高焊縫表面的平整度[2]。清洗完成后要將腐蝕介質(zhì)清除干凈,防止酸溶液聚集在焊縫處,影響焊接質(zhì)量。打磨鋼材時要使用專用的拋光片,不能使用含碳量高的砂輪,也不能和其他碳鋼接觸,防止影響鋼材的防腐蝕性能。焊接時要做好必要的防護措施,連接好地線,防止出現(xiàn)意外事故。

        由于SAF2205雙相不銹鋼中氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,更適合使用鎢極氬弧焊,焊接出來的焊縫質(zhì)地輕薄美觀、連接性能好。鎢極氬弧焊的保護氣體多選擇氬氣,并摻雜適量的氮氣,一般混合量約為1%,以保證在焊接時鋼材不會因為受熱而流失氮元素,破壞鐵素體與奧氏體的比例成分。在混氣時要特別注意,不能為了保護鋼材特性加入過多的氮氣,氮氣會加速焊接設(shè)備中鎢極的燒毀,選擇釷鎢極進行焊接,能有效對抗這種損壞。

        為了保證SAF2205雙相不銹鋼的焊接效果,焊接處的材料一般選擇和母材性質(zhì)類似的材料,如E2209焊條或ER2209焊絲,碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.014%,能更好地和母材融合,不會因為受熱和冷卻使焊接出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。焊接材料在使用之前需要經(jīng)過檢測,保證其成分和性能符合要求后再使用。

        2.2 ?焊接過程

        在焊接過程中需要關(guān)注焊接的工藝和焊接溫度。首先,在焊接前要固定不銹鋼的邊角,保證焊接的精確性,在焊接完成后可以使用切割機將其切除,但要保證不能破壞母材原本的尺寸,切割后要使用酸性溶液清洗鈍化。其次,在焊接時要用小電流,高溫會破壞鋼材的耐腐蝕性。焊槍的擺動幅度小,能夠有效避免交叉焊縫的形成。焊槍可以使用大直徑噴嘴,在提高焊接速度的同時,加大保護氣體的噴出量,使焊縫處的焊接更加緊密,保護效果更明顯。要在留出的X形或V形焊接口內(nèi)操作焊槍,防止焊槍刮傷鋼材,或因高溫影響鋼材的質(zhì)量。再次,鋼材表面的焊接盡量一次完成,以保證焊縫的均勻細(xì)密,使其更加平整美觀。一般對鋼材的層間焊接不作要求,但要注意控制鋼材溫度,保證每層溫度冷卻至150 ℃之下再焊接,冷卻鋼材時可以加大空氣流速,嚴(yán)禁使用冷水冷卻,否則會使鋼材變脆開裂[3]。最后,焊接完成后要清理鋼材整體,清理工具要選擇同樣由雙相不銹鋼制成的,避免雙相不銹鋼與其他鋼材直接接觸,否則打磨時其他材料的粉末接觸到雙相鋼材會出現(xiàn)點腐蝕的現(xiàn)象。當(dāng)焊縫的溫度逐漸降低,但還未降至凝固點時,要用鋼絲刷洗掉焊接過程中氧化和飛濺的殘渣,確保焊縫表面的完整性。

        2.3 ?參數(shù)確定

        在焊接時要注意控制焊接參數(shù)以提高焊接質(zhì)量。首先,SAF2205雙相不銹鋼在焊接時對溫度的要求較高,如果控制不當(dāng)會直接影響焊縫內(nèi)材料的結(jié)晶程度和雙相鋼材的相性質(zhì)量。在焊接之前,要使用紅外線測溫儀器測量鋼材的層間溫度,在低于150 ℃時才能進行下一步焊接,且每個焊縫焊接完成后都需要測溫才能繼續(xù)焊接,嚴(yán)格控制每一次焊接操作都符合規(guī)范。其次,焊接要采取直線的方式,減少焊槍的橫向擺動,焊接材料要填滿所留的焊接口,不能留有空氣。在向氬氣中充填氮氣時要控制用量,如果超過鋼材需要的量,過多的氣體會從熔化的金屬焊條中析出,冷卻時形成氣孔,影響焊接質(zhì)量[4]。

        2.4 ?質(zhì)量測評

        在完成焊接后要對焊接好的鋼材進行質(zhì)量評測,合格后方可投入使用。首先,要對連接在一起的鋼材進行抽樣,記錄外觀上有明顯缺陷的焊接口。對選取好的焊接口進行拉伸測試,主要記錄其對抗應(yīng)力的彎曲性能的數(shù)據(jù),保證鋼材焊接后的穩(wěn)固性。當(dāng)鋼材產(chǎn)生裂縫時,較好的彎曲性能可以抑制裂縫的進一步擴展,延長鋼材的使用壽命。

        其次,要對鋼材內(nèi)部的相性和比例進行測定,保證焊接處的雙相性和母材保持一致、鋼材整體的抗腐蝕性好。測量時可以使用X射線進行衍射測試,準(zhǔn)確分析焊接處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于在焊接過程中會產(chǎn)生高溫,焊接處周圍受熱影響較大,金屬的熱影響區(qū)會有相性變化,奧氏體的晶相受到破壞,使鋼材內(nèi)部產(chǎn)生許多無定形的晶界,影響鋼材的耐腐蝕性能。

        最后,需要對焊接接頭進行無損測試和抗腐蝕性測試。一般研究抗腐蝕的效果是通過對比金屬腐蝕前后的質(zhì)量差來測算的,因此,也被稱為無損測試,若鋼材的質(zhì)量不發(fā)生損失,則說明其抗腐蝕性能較好。

        3 ? ?結(jié)語

        SAF2205雙相不銹鋼的性能十分優(yōu)秀,耐孔耐腐和耐晶間耐腐都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的奧氏體材質(zhì),在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)不銹鋼,生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該積極引入雙相不銹鋼,提高產(chǎn)品質(zhì)量,為擴大企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、擁有更高的市場占有率打下基礎(chǔ)。在生產(chǎn)中,雙相不銹鋼對焊接工藝要求較高,只有保證焊接前的準(zhǔn)備到位、焊接材料和參數(shù)選擇適宜、焊接操作時嚴(yán)格把控打磨技術(shù)、焊接定位和溫度,才能放大雙相不銹鋼的優(yōu)點,保證工程焊接質(zhì)量。

        [參考文獻]

        [1]賈 強,劉 艷,張志昌.SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝及耐蝕性的研究[J].科技信息,2017(23):23-25.

        [2]蘇海濱.淺談雙相不銹鋼及其應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2017(9):62-63.

        [3]劉俊龔,霍立興,金曉軍,等.焊接工藝對SAF2205管道焊接接頭組織和力學(xué)性能的影響[J].焊管,2018(3):20-23.

        [4]朱興海.SAF2205雙相不銹鋼設(shè)備SAW焊接工藝[J].石油化工建設(shè),2017(2):43-46.

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