对化工装置中316L焊接工艺的应用

　　摘要：本文以某有机氟厂1万吨/年HFC-134a工程中316L不锈钢工艺管道焊接为例，从焊材、焊接设备的选用，焊接前的准备、焊接工艺等方面，对316L不锈钢工艺管道焊接进行了较为详细的阐述，明显提高了316L不锈钢焊缝的强度、耐腐蚀等质量。
　　关键词：焊接工艺；焊接质量
　　1.概况
　　某有机氟厂1万吨/年HFC-134a工程中，主装置系统含有316L不锈钢工艺管道，最小管径φ25×3，最大管径φ133×4.5，属小口径，薄壁管道。该工艺管道输送的介质为氢氟酸，工艺复杂，生产连续性强，具有腐蚀性、剧毒性。因此，焊接接头的质量直接影响到装置生产的安全性，只有掌握了316L不锈钢管道的焊接工艺，才能获得高质量的焊接接头，保证装置生产的正常运行。
　　2.焊接材料及设备
　　2.1焊接设备：采用工艺先进、性能稳定、灵敏度高的逆变式弧焊机ZX7-400S进行焊接。
　　2.2焊工上岗时必须携带工具包、焊工专用电筒、不锈钢丝刷、榔头、钨棒盒等必备工具。
　　2.3焊工使用的氩气表、焊机上的电流表、电压表必须计量合格并在有效期内。
　　2.4焊接材料：焊丝采用H00Cr19Ni12Mo2，焊丝直径2.5mm。
　　2.5焊接使用的氩气纯度不得低于99.99%。
　　3.焊接工艺评定
　　为了保证316L不锈钢工艺管道的焊接质量，施工前必须进行焊接工艺评定，并按《承压设备焊接工艺评定》〔NB/T47014-2011〕标准执行。焊接记录包括所有焊接参数（包括电流、电压、极性、焊材牌号、规格、保护气体种类、焊接速度及流量等内容），评定进行X射线检测、拉伸、弯曲试验、晶间腐蚀试验。具体的试验结果见表一。
　　
　　
　　
　　
　　
　　表一焊接工艺评定理化试验及探伤检测结果
　　焊接工艺评定编号 拉伸试验 弯曲试验
　　σ=180°d=4t X射线探伤 晶间腐蚀
　　 抗拉强度（MPa） 断裂位置 面弯 背面 照相等级 评定级别 
　　 规范值 实测值      
　　R2004-002 ≥485 580 母材 合格 合格 AB Ⅰ级 无晶间腐蚀裂纹
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　　4.316L不锈钢工艺管道的现场焊接
　　4.1焊前准备
　　4.1.1管子、管件的坡口型式、尺寸及组对的选用，应考虑保证焊接接头的质量、填充金属少，便于操作及减少焊接变形，适应探伤要求等原则进行。切割坡口应采用机械方法。
　　4.1.2不锈钢焊接前应将坡口两侧25mm范围油污清理干净并用丙酮清洗。
　　4.1.3管子在组对时应垫置牢固，以免产生焊接变形。
　　4.1.4焊丝在使用前应清除其油、锈并露出金属光泽。
　　4.1.5焊接设备使用的各种仪表、气体流量计等仪表、仪器以及规范参数调节装置配备齐全、准确无误并按计量规定定期检查。上述表、计、装置失灵时，不得进行焊接。
　　4.2组对时的定位焊
　　4.2.1定位焊时，焊接工艺与正式焊接工艺相同，不得在坡口外引弧，以免擦伤母材。
　　4.2.2作为正式焊缝组成部分，定位焊缝必须完全焊透，熔合良好、无气孔等缺陷，否则应清除重焊。
　　4.2.3将会熔入永久焊缝的定位焊缝应用角向磨光机将其表面的氧化层等清除，并使焊缝两端平滑过渡以便接头焊透，否则应予修整。
　　4.3焊接工艺及要求
　　4.3.1施焊环境
　　当施焊环境出现下列情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：
　　（1）气体保护焊时风速大于2m/s。
　　（2）相对湿度大于90%。
　　（3）雨、雪环境。
　　现场施工时段在春夏两季，春季多风雨，湿度大，在现场采取搭设多个可移动简易房进行防风、防雨、粉尘等临时设施，并配备了安全可靠的取暖设备以保证潮湿度在范围内。每个简易房用架子管搭设并铺设防火雨布，简易房长、宽约3m，高约2m。
　　4.3.2焊接方法：采用手工钨极氩弧焊。
　　4.3.3焊接时，应采用小线能量和保持电弧电压的稳定，并应采用短弧不摆动或小摆动的操作方法。层间温度控制在＜60℃。
　　4.3.4氩弧焊底层焊接时，采用管内充氩气保护焊缝，应提前充氩，管内保持微弱的正压，待排净空气后再起弧焊接。
　　4.3.5在施焊时，应采取始焊时提前几秒送气，停焊时滞后8～10s停气，亦即在焊接结束后，焊枪应对熔池继续送气保护8～10s。
　　4.3.6施焊过程中应保证起弧和收弧的质量，引弧和熄弧必须在坡口内进行，收弧时应将弧坑填满，防止弧坑裂纹。
　　4.3.7焊接时应调节好各项工艺参数，各层间应做好清理工作，各层间接头应错开。
　　4.3.8焊接施工过程包括对口准备、组装、施焊、检验等四个重要工序。本道工序符合要求后方可进行下道工序，否则不允许进行下道工序的施工。
　　由于该不锈钢为超低碳不锈耐酸钢，为防止碳化物析出敏化及晶间腐蚀，应严格控制层间温度和焊后冷却速度，要求层间温度控制在60℃以下，焊后可用水冷却，同时采用分段对称焊接，这样既可加速接头冷却速度又可减小焊接应力。
　　5.焊接检验
　　焊接后进行外观检查、射线探伤检测。经无损检测不合格的焊缝必须清除缺陷进行返修处理。缺陷清除采用打磨的方法，修整后适合补焊的形状。同一部位的返修次数不应超过二次，若超次返修，应分析原因，制定返修措施并经技术负责人批准后进行。
　　现场焊后焊缝检验结果：
　　1、外观检查无气孔、无裂纹、无焊瘤，成形美观；
　　2、经X射线探伤检查一次合格率达到98%；
　　3、经微观金相抽检其母材及热影响区都是全奥氏体组织，焊缝金属为奥氏体+铁素体（4%）组织，完全满足抗晶间腐蚀和抗脆化的要求。
　　6.总结
　　通过对不锈钢316L管道进行的焊接工艺评定，制定了正确的焊接工艺并用于施工过程中，管道焊接焊口一次合格率达到98%以上。实践及实测值证明此工艺既保证了焊接质量和外观，又提前了工期，大大节约了工程成本。也为同类钢材和相关奥氏体不锈钢的焊接提供了焊接工艺和数据参考。
　　
　　参考文献
　　（1）《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB/T14976-2002
　　（2）《惰性气体保护焊接用不锈钢棒及钢丝》YB/T5091-1993
　　（3）《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236-2011
　　（4）《承压设备焊接工艺评定》NB/T47014-2011

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