奧氏體不銹鋼管道的焊接與耐蝕性

1、一、奧氏體不銹鋼的耐蝕性 奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性，在腐蝕介質(zhì)的工作條件下，在設(shè)計(jì)院規(guī)定的工作周期內(nèi)是安全可靠的，但是若設(shè)計(jì)時(shí)管材選用不當(dāng)，或施工時(shí)焊接工藝技術(shù)不過關(guān)，則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響管道質(zhì)量與使用壽命的局部腐蝕問題。其腐蝕形式有以下幾種： 1. 晶間腐蝕。 沿晶粒邊界產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象，外觀仍可有金屬光澤，但因晶粒己失去聯(lián)系，敲擊時(shí)失去金屬聲音，鋼質(zhì)變脆。 奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的機(jī)理有多種學(xué)說，其中以碳化物在晶界沉淀現(xiàn)象為最前提的“貧鉻理論”比較為人們所接受。從實(shí)驗(yàn)資料可知，當(dāng)鋼中Cr的含量超過12%達(dá)到13%時(shí)，其電極電位由負(fù)值上升為正值，使鋼具有了良好的耐蝕性。同時(shí)從18-8鋼平衡圖可知

2、，室溫時(shí)18-8鋼中碳的溶解度小于0.03%，超過此值的碳，則需要作固溶處理。固溶處理使奧氏體為碳所過飽和，呈不穩(wěn)定狀態(tài)，若再次加熱，超過溶解度的碳將向晶界擴(kuò)散，并和晶界處的鉻r結(jié)合成Cr23C6沉淀于晶界，使晶界處的含鉻量低于臨界值12%，因而可發(fā)生明顯的晶間腐蝕現(xiàn)象。 2.應(yīng)力腐蝕開裂 奧氏體不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中，在拉應(yīng)力的作用下，由于塑性變形出現(xiàn)滑移階梯而導(dǎo)致表面鈍化膜破裂，于是基體金屬直接暴露于含氯化物的介質(zhì)中，與未破裂的膜構(gòu)成電極電位差，使基體金屬溶解腐蝕，溶解生成的腐蝕溝沿滑移線與拉應(yīng)力成垂直方向伸展而形成細(xì)微裂紋，在裂紋尖端應(yīng)力集中區(qū)伴隨著滑移的再現(xiàn)而加速溶解，裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展以至斷

3、裂，即應(yīng)力腐蝕開裂。 3.點(diǎn)腐蝕（孔蝕） 在含有一定濃度Cl-Br-的環(huán)境中，在鋼的局部表面形成腐蝕坑的一種腐蝕現(xiàn)象。 二、奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性 奧氏體不銹鋼焊接后會(huì)形成由焊縫及熱影響區(qū)組成的焊接接頭，焊接的熱過程會(huì)使焊縫及熱影響區(qū)的不銹鋼金屬經(jīng)歷一次快速高溫加熱和冷卻的過程，從而使焊接接頭區(qū)域的組織性能特別是耐蝕性與焊前母材存在較大差異，現(xiàn)分述如下： 1.焊縫的晶間腐蝕 焊縫的晶間腐蝕有兩種情況：一是焊態(tài)已有碳化物的沉淀而形成貧鉻層，二是因焊后經(jīng)敏化溫度的加熱而產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。 2.材敏化區(qū)的晶間腐蝕 在母材不含穩(wěn)定化元素或含碳量較高時(shí)，經(jīng)過焊接熱循環(huán)的作用，處于峰值溫度60085

4、0的部位屬焊接接頭的敏化區(qū)，會(huì)形成碳化物的沉淀而產(chǎn)生敏化區(qū)晶間腐蝕。 3.刀蝕 刀蝕產(chǎn)生在含穩(wěn)定化元素（鈮、鈦）的奧氏體不銹鋼接頭的過熱區(qū)上，并且緊鄰焊縫，具有晶間破壞性質(zhì)，屬焊接接頭出現(xiàn)的一種 特殊形式的晶間腐蝕。 4.應(yīng)力腐蝕開裂 拉伸應(yīng)力是腐蝕開裂不可缺少的重要條件，而其中殘余應(yīng)力（焊接應(yīng)力）所引起的應(yīng)力腐蝕開裂案例比例極高。奧氏體鋼導(dǎo)熱性差，線脹系數(shù)大，焊接時(shí)殘留較大的焊接應(yīng)力，因此最大限度地消除焊接殘余應(yīng)力可有效防止焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂。 三、奧氏體不銹鋼管道的焊接 1.奧氏體不銹鋼管道焊接的特點(diǎn) 首先，奧氏體不銹鋼管道的焊接，除焊工可進(jìn)入管內(nèi)實(shí)施焊接的大口徑管道外，均需在管外側(cè)實(shí)

5、施單面焊，為保證管內(nèi)側(cè)焊接接頭處的耐蝕性能，焊工必須掌握單面焊雙面成形技術(shù)，且管內(nèi)側(cè)高溫區(qū)的保護(hù)，必須通過有效的工藝措施來保證。 其次，不銹鋼管道焊接后，焊接接頭外側(cè)可實(shí)施酸洗、鈍化處理，而管內(nèi)側(cè)只能是焊態(tài)，因此對(duì)管內(nèi)質(zhì)量要求較嚴(yán)的不銹鋼管道焊接時(shí)，必須通過合理的焊接工藝與有效的保護(hù)方法，使焊接接頭的內(nèi)側(cè)焊后達(dá)到具有光亮表面的質(zhì)量要求。 2.奧氏體不銹鋼管道的焊接 （1）焊接方法：手工電弧焊，手工鎢極氬弧焊，管道自動(dòng)鎢極氬弧焊，半自動(dòng)溶化極氬弧焊。 （2）焊接設(shè)備：手工電弧焊機(jī)，手工鎢極氬弧焊機(jī)，管道自動(dòng)鎢極氬弧焊機(jī)，半自動(dòng)溶化極氬弧焊機(jī)。 （3）焊接材料：不銹鋼手工電弧焊條，不銹鋼氬弧焊絲。

6、 （4）管內(nèi)保護(hù)：采用鎢極氬弧焊工藝作管道初層焊時(shí)，管內(nèi)必須采取充氬或純氮的保護(hù)措施。 （5）工藝評(píng)定及焊接工藝規(guī)程 通過焊接工藝評(píng)定，可驗(yàn)證所擬定的焊接工藝是否可靠，可考核施工焊接企業(yè)的技術(shù)力量，焊工水平等綜合能力能否符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，同時(shí)為編制施工用的焊接工藝規(guī)程提供技術(shù)依據(jù)。 按評(píng)定合格的焊接工藝評(píng)定編制施工用的焊接工藝規(guī)程，作為施工作業(yè)的攻擊技術(shù)文件嚴(yán)格貫徹執(zhí)行，以保證焊接質(zhì)量。 （6）焊工的培訓(xùn)與考核 按焊接工藝規(guī)程規(guī)定焊接工藝及規(guī)范參數(shù)，對(duì)焊工進(jìn)行培訓(xùn)考核，合格后持證上崗。 3.焊接對(duì)奧氏體不銹鋼管道耐腐蝕性的影響 奧氏體不銹鋼管道經(jīng)焊接的高溫加熱，會(huì)使焊接接頭即焊縫及熱影響區(qū)的不

7、銹鋼金屬經(jīng)歷一次過飽和固溶在奧氏體內(nèi)的碳的析出，并在晶界形成碳化物沉淀的過程，從而使焊接接頭與母材具有了不同的耐腐蝕性能。影響焊接接頭耐腐蝕性的因素很多，主要有： （1）不鋼管材的含碳量 以18-8奧氏體不銹鋼為例，其室溫時(shí)能固溶的碳0.03%，超過此含碳量的不銹鋼管就需要作固溶處理以保證其耐腐蝕性，但經(jīng)焊接的再次加熱，奧氏體內(nèi)過飽和固溶的碳 會(huì)析出，在晶界形成碳化物沉淀而降低耐蝕性，要求焊后保持原有的耐蝕性，一是采用超低碳不銹鋼管，二是焊后再次固溶處理。但現(xiàn)場不銹鋼管焊接后是無法實(shí)施固溶處理的，因此，就產(chǎn)生出了含有一定量的鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的不銹鋼管，使鈦、鈮在焊接過程中，優(yōu)先于鉻與析出的碳

8、形成碳化物，而防止貧鉻區(qū)的形成，以保證焊接接頭的耐蝕性。 （2）焊接材料的合金成分與含碳量 焊接材料的合金成分與含碳量直接決定著焊縫金屬的耐蝕性，因此需要按管材的需要選配相適應(yīng)的電焊條與氬弧焊絲。一般的原則是合金成分略高于母材，以補(bǔ)充焊接時(shí)的燒損，而含碳量應(yīng)低于母材。 （3）焊接工藝規(guī)范的控制 奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱性差，而線脹系數(shù)極大，若焊接工藝控制不當(dāng)，特別是大線能量的輸入，會(huì)造成焊縫及過熱區(qū)的晶粒粗大而降低焊接接頭的耐蝕性，因此，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接規(guī)范參數(shù)，采用小電流快速焊的方法，減少焊接接頭在高溫停留的時(shí)間，減小焊接應(yīng)力，從而提高焊接接頭的耐蝕性。 （4）管內(nèi)側(cè)焊縫的成形與保護(hù) 不銹鋼管道內(nèi)側(cè)

9、焊縫的成形和保護(hù)直接影響其耐蝕性，若焊縫根部焊接時(shí)得不到有效保護(hù)，就無法光滑成形，氧化的金屬是不具耐蝕性的，因此，手工電弧焊時(shí)，必須對(duì)管內(nèi)作充氬氣或純氨氣體的保護(hù)。 （5）焊接接頭的酸洗、鈍化 焊后對(duì)焊接接頭實(shí)施酸化、鈍化或機(jī)械拋光，可有效提高其耐蝕性，特別是對(duì)焊接飛濺物的清除，消除了會(huì)引起點(diǎn)腐蝕的腐蝕源，故不銹鋼管道的初層宜采鎢極氬焊弧，以保證管內(nèi)側(cè)焊縫及熱影響區(qū)的耐蝕性。 4.薄壁不銹鋼管道現(xiàn)場焊接需關(guān)注的事項(xiàng) 選擇合適的接頭形式 宜采用對(duì)接接頭，若采用搭接接頭，需考慮實(shí)施雙側(cè)焊或增加管件厚度以增大焊腳尺寸來提高接頭的強(qiáng)度。 （2）選擇合理的焊接工藝 薄壁不銹鋼管道宜采用鎢極氬弧焊工藝，當(dāng)壁厚小于1毫米時(shí)，宜采用脈沖氬弧焊工藝，以保證焊接質(zhì)量。 （3）采用有效的管內(nèi)保護(hù)方法 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件，實(shí)施管內(nèi)全部或局部沖氬氣或純氨氣的保護(hù)，整管充氣