双相不锈钢全面介绍（五）
（续）
5 焊接工艺评定
5.1 SAF2205双相不锈钢管焊接工艺指导书
SAF2205 双相不锈钢管焊接工艺指导书
单位名称 ：
焊接工艺指导书编号 日期 焊接工艺评定报告编号
焊接方法 机械化程度
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焊接接头：
坡口形式
衬垫（材料及规格） ——
其他 ——
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简图：
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母 材： SAF2205 与 SAF2205 相焊
厚度范围：
母材：对接焊缝
管子直径、壁厚范围：对接焊缝 —— 角焊缝 ——
焊缝金属厚度范围： 对接焊缝 —
其他 ————
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焊接材料:
耐蚀堆焊金属化学成分(%)
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Cr
|
Ni
|
Mo
|
V
|
Ti
|
Nb
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
其他:
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焊接位置
对接焊缝位置： _平焊
焊接方向：（向上、向下
角焊缝位置______
焊接方向：（向上、向下）
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焊后热处理：
温度范围（℃） ——
保温时间（h） ——
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预热:
预热 (℃) (允许最低值) _ __
层间温度(oC)(允许最高值) _ ——_
保持预热时间___2h
加热方式 _ 氧乙炔_
|
保护气体:
气体种类 混合比 流量(L/min)
保护气 __氩气 _＞99.9% 18～24
尾部保护气 —— —— ——
背面保护气__——__ —— __——_
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电特性:
电流种类: 直流 极性: 反接
焊接电流范围:(A) 280～320 电弧电压(V): 26～30
(按所焊位置和厚度,分别列出电流电压范围,记入下表)
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焊道/焊层
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焊接
方法
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填充材料
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焊接电源
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电弧
电压
|
焊接
速度
(cm/min)
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线能量
(kJ/cm)
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牌号
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直径
|
极性
|
电流 (A)
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1
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手工TIG焊
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H00Cr18Ni14Mo2
|
|
反接
|
280
|
27
|
40
|
11.34
|
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2
|
焊条电弧焊
|
A042
|
|
/
|
300
|
30
|
45
|
12
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3
|
焊条电弧焊
|
A042
|
|
/
|
320
|
30
|
47
|
12.2
|
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钨极类型及直径: 铈钨极 喷嘴直径 (mm): Φ
熔滴过渡形式: 射流过渡 焊丝送进速度 (cm/min): 40～47
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技术措施:
摆动焊或不摆动焊: 不摆动 摆动参数: ——
焊前清理和层间清理: —— 背面清根方法: 机械清根
单道焊或多道焊（每面）:正二反一 单丝焊或多丝焊：单丝焊
导电嘴至工件距离(mm) 3～5 锤击: ——
其他： ——
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编制
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日期
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审核
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日期
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批准
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日期
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焊接工艺评定报告
单位名称:
焊接工艺评定报告编号.:PD001 焊接工艺指导书编号 : GY001
焊接方法: 手工TIG焊+焊条电弧焊 机械化程度:半自动化
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接头简图：
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母材:
材料标准:
类、组别号: SAF2205 与类、组别号: SAF2205相焊
厚度:
直径: ——
其他: ——
|
焊后热处理:
热处理温度(℃): ——
保温时间 (h): ——
|
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保护气体:
气体种类 混合比 流量 (L/min)
保护气体氩气 ≥99.9% 18～24
尾部保护气 ——
背面保护气 ——
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填充金属:
焊材标准
焊材牌号： H00Cr18Ni14Mo2
焊材规格: Φ
焊缝金属厚度;——
其 他: ——
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电特性:
电流种类: 直流
极性: 反接
钨极尺寸: 铈钨极Φ
焊接电流 (A): 280～320
电弧电压 (V): 26～30
其他: ——
|
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焊接位置:
对接焊缝位置:—— 方向 (向上, 向下)
角焊缝位置: —— 方向(向上, 向下)
|
技术措施:
焊接速度(cm/min): 40～47
摆动或不摆动: 不摆动
摆动参数: ——
多道焊或单道焊（每面）: 正二反一
多丝焊或单丝焊: 单丝焊
其他: ——
|
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预热:
预热温度(℃): 100
层间温度 (℃): ——
其他： ——
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拉伸试验: 试验报告编号: LS001
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试样编号
|
试样宽度(mm)
|
试样厚度(mm)
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横截面积 (mm2)
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断裂载菏 (kN)
|
抗拉强度 (Mpa)
|
断裂部位和特征
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LS001-1
|
8
|
15
|
120
|
60
|
500
|
焊缝区
|
||||||||||||||||||
LS001-2
|
10
|
15
|
150
|
82.5
|
550
|
熔合区
|
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弯曲试验 试验报告编号: WQ001
|
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试样编号
|
试样类型
|
试样厚度 (mm)
|
弯心直径 (mm)
|
弯曲角度 (o)
|
试验结果
|
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WQ001-1
|
面弯
|
15
|
60
|
180
|
22%
|
|||||||||||||||||||
WQ001-2
|
面弯
|
10
|
40
|
180
|
20%
|
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试样编号
|
试样类型
|
试样厚度 (mm)
|
弯心直径 (mm)
|
弯曲角度 (o)
|
试验结果
|
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WQ001-3
|
背弯
|
15
|
60
|
180
|
23%
|
|||||||||||||||||||
WQ001-4
|
背弯
|
15
|
60
|
180
|
22%
|
|||||||||||||||||||
WQ001-5
|
侧弯
|
15
|
60
|
180
|
20%
|
|||||||||||||||||||
WQ001-6
|
侧弯
|
15
|
60
|
180
|
21%
|
|||||||||||||||||||
冲击试验 试验报告编号.: CJ001
|
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试样编号
|
试样尺寸
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缺口类型
|
缺口位置
|
试验温度 (℃)
|
冲击吸收功 (J)
|
备注
|
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CJ001-1
|
15
|
热影响区
|
20
|
28
|
合格
|
|||||||||||||||||||
CJ001-2
|
15
|
热影响区
|
20
|
29
|
合格
|
|||||||||||||||||||
CJ001-3
|
15
|
热影响区
|
20
|
26
|
合格
|
|||||||||||||||||||
CJ001-4
|
15
|
焊缝区
|
20
|
30
|
合格
|
|||||||||||||||||||
CJ001-5
|
15
|
焊缝区
|
20
|
27
|
合格
|
|||||||||||||||||||
CJ001-6
|
15
|
焊缝区
|
20
|
25
|
合格
|
|||||||||||||||||||
金相检验（角焊缝）:
根部: (焊透、未焊透) 焊透 焊缝: (熔合、未熔合) 熔合
焊缝、热影响：（有裂纹、无裂纹）: 无裂纹
|
||||||||||||||||||||||||
检验截面
|
I
|
II
|
II
|
IV
|
V
|
|||||||||||||||||||
焊脚差(mm)
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
|||||||||||||||||||
无损检验:
RT: 100% UT: ——
MT: —— PT: 100%
其他: ——
耐蚀堆焊金属化学成分（重量 %)
|
||||||||||||||||||||||||
C
|
Mn
|
Si
|
P
|
S
|
Cr
|
Ni
|
Mo
|
V
|
Ti
|
Nb
|
||||||||||||||
分析表面或取样开始表面至熔合线的距离 (mm): ——
|
||||||||||||||||||||||||
附加说明:
|
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结论:本评定按JB4708—2000规定焊接试件、检验试样、测定性能，确认试验记录正确
评定结果: (合格、不合格)
合格
|
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5.2 确定SAF2205双相不锈钢管焊接工艺
SAF2205双相不锈钢是现代双相不锈钢中的一种,用途广泛,具有优良的力学性能、耐蚀性能,以及良好的焊接性,在石油天然气输送、海洋工程、化学工业等行业具有广阔的应用前景。石油和天然气工业目前采用双相不锈钢材料铺设的油气输送管线长度已超过
5.2.1
工艺评定试件的焊接
钢管纵缝和环缝工艺评定试件分别采用Outo2kumpu 公司(原瑞典Avesta) 生产的
表5-1 工艺评定试件母材的力学性能(横向)
抗拉强度Rm/MPa
|
屈服强度Rp012/MPa
|
延伸率A/ %
|
夏比冲击功Akv/ J
|
硬度PHB
|
761
|
599
|
26
|
276(
|
290
|
钢管纵缝焊接在钢管制造厂进行,工艺评定试件焊接采用双面埋弧焊方法,采用瑞典Sandvik 公司生产的埋弧焊和焊剂,焊接位置为45°固定,由于钢管产品焊缝最终要进行固溶处理,因此,工艺评定试件也进行相应的焊后固溶处理(加热1050～1100 ℃,水淬) 。
钢管环缝焊接在现场进行,工艺评定试件焊接采用单面焊, 采用钨极氩弧焊( TIG) 打底+ 焊条电弧焊(SMAW) 填充和盖面方法,使用瑞典Avesta 公司生产的氩弧焊丝和焊条,焊接位置为45°固定,试件焊后不进行热处理。焊接规范采用适中的工艺参数。焊接工艺评定试件焊接主要条件见表5-2。
5.2.2
工艺评定性能试验结果及其分析
工艺评定性能按工程技术条件进行。试验项目包括常规的接头拉伸、导向弯曲和低温(-
与奥氏体不锈钢相比,2205DSS材料导热系数线膨胀系数小,又包含两种组织,因此热裂倾向和变形小;与低合金高强钢相比,因组织中含有约50%的奥氏体,因此冷裂纹倾向小。总之,2205DSS 可焊性良好。
双相不锈钢优良的性能是靠适当比例的两相组织来保证的。焊接工艺参数对焊缝的组织有很大的影响。焊接过程采用的线能量过低,工件冷却速度过快,焊缝及热影响区会产生过多的铁素体和氮化物,从而降低焊接接头的腐蚀抗力和韧性。另一方面,焊接过程采用的线能量过高,工件的冷却速度过慢,焊缝及热影响区可能析出金属间相,也会使焊接接头的腐蚀抗力和韧性降低。可见,合适的焊接工艺参数和一定的技术措施相结合才能保证焊缝及热影响区的组织和性能。
表5-2 焊接工艺评定主要焊接条件
评定
|
焊接
方法
|
焊材牌号
|
坡口形式
|
保护气体
|
焊接
位置
|
焊接线
能量E/(kJ·cm-1)
|
层间温度/℃
|
纵缝工艺
|
SAW
|
Sandvik
|
X
|
平焊
(
|
7～21
|
< 150
|
|
环缝工艺
|
TIG+SMAW
|
AVESTA2205
AVESTA22052-PW
|
单面V
|
焊枪Ar+1.5%N2
|
45°固定焊(
|
8～18
|
< 150
|
焊缝背面Ar+5%N2
|
从表5-3 工艺评定试验结果可以看出,焊接接头的抗拉强度远高于母材标准的下限要求( ≥620MPa) ,接头拉伸性能不存在问题。接头弯曲180°后受拉面完好,表明接头的延塑性良好。焊接及热影响区在-
表5-3工艺评定主要性能试验结果
评定
|
抗拉强度Rm/MPa
|
导向弯曲
(弯轴直径6T
|
铁素体含量P%
|
点蚀试验(ASTMA923C法)
|
|||
焊缝
|
热影响区
|
试验温
度/℃
|
试验时间Ph
|
失量/(mg.m-2h)
|
|||
纵缝工艺
|
760
775
|
面弯180°,完好
背弯180°,完好
|
35～43
|
40～50
|
22
|
24
|
2.3
|
环缝工艺
|
765 ;750
760 ;775
|
侧弯180°,完好
|
30～45
|
40～65
|
22
|
24
|
6.3
|
6 、 结 论
2205 双相不锈钢具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,应用前景广阔。该材料的焊接有许多特点,掌握材料的焊接性能特点,采用适当的焊接工艺,保证了焊接工艺评定试件的性能。在生产过程中,根据工艺评定结果,通过制定详细的工艺规程和工艺纪律,并在焊接施工过程中严格执行,才能保证工程的焊接质量
(l)奥氏体化元素Ni和N在得到合理两相比的方面，具有明显的作用。
(2)合金元素、焊接热循环和焊接工艺参数等都会对奥氏体和铁素体两相区产生影响，通过合理控制，可以获得最佳的两相组织。有害析出相通常是形成腐蚀失效的地方，需严格控制其析出形成。氢脆决定于焊接热输人的峰值温度和周围环境，通过合理控制可减小其发生的可能性。
(3)Dss焊接接头的腐蚀性能是其应用的关键，与腐蚀电位、两相比和冷却速度等因素有关，通过合金元素和工艺参数控制，可以获得较好的耐腐蚀性能。
总结出焊接此类钢应注意以下几点：
（1）合理选择焊接材料，保证熔敷金属的化学成分与母材相近，焊接时控制焊接热输入，可保证焊接接头的耐蚀性能不会明显降低。
（2）采用较小的焊接电流、多层多道焊接，控制焊接热输入，获得的焊接接头的力学性能与母材相近。
（3）控制道间温度，焊接前不需要预热，焊后材料可以不进行热处理而保证接头的物理和化学性能。
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