尿素级不锈钢(316Lmod)的焊接

尿素级不锈钢（316Ｌmod）的焊接 1  概述     本溪化肥厂3562化肥项目尿素装置安装工程，涉及到尿素级不锈钢(316Lmod)的焊接问题，其介质为甲胺液、尿液等高腐蚀性物质，这些介质对材料的腐蚀主要为整体腐蚀和选择性侵蚀，因此对焊缝质量及焊缝铁素体的含量控制要求很高，要求铁素体含量≤0.6%。尿素级不锈钢（316Lmod）的焊接在我公司拥有成熟的经验，我们有成熟尿素级不锈钢（316Lmod）的焊接工艺试验及评定。     从此次化肥尿素装置大检修结果来看，尿素级不锈钢（316Lmod）的焊接是成功的。焊缝进行100%射线探伤及铁素体含量测定均一次通过。尿素装置运行至今，尿素级不锈钢的焊接接头未出现过问题。 2  材料技术要求及选用 2.1 母材技术要求及选用 2.1.1 材料必须能耐高腐蚀介质甲胺液、尿液的腐蚀要求。腐蚀性能通过休氏试验进行评定。 2.1.2 材料的化学成份应限制在规定值内。 表316Lmod 化学成分 元素 C Cr Ni Mo Si Mn S P N 含量 0.030 17.30 13.60 2.53 0.45 1.78 0.001 0.022 0.19 2.2 焊材的技术要求及选用 2.2.1 焊材的熔敷金属应满足母材的所有技术要求。 根据以上要求，并考虑焊接时合金元素的烧损以及焊缝冷却方式的复杂性，为了控制焊后焊缝熔敷金属的铁素体含量， 必须使奥氏体等温转变C-曲线右移。由于合金元素含量越高，特别是Ni含量的提高，可使奥氏体等温转变C-曲线右移，使奥氏体组织更加稳定，在焊缝冷却过程中，奥氏体组织转变成铁素体组织的机率降低。所以我们选择了比母材合金含量更高的焊材，焊丝选用25.22.2LMN，焊条选用BM310MoL。其化学成分见表3、表4。   表3：焊丝25.22.2LMn化学成分                      元素 C Cr Ni Mo Si Mn S P N 含量 0.014 24.99 21.69 2.64 0.17 4.43 0.001 0.012 0.13   表4：焊条BM310MoL化学成分                          元素 C Cr Ni Mo Si Mn S P N 含量 0.030 24.54 21.02 2.32 0.45 4.43 0.004 0.02 0.12 3  焊接特点 3.1 防止渗碳而降低抗腐蚀性 室温下碳元素在奥氏体中的溶解度约为0.02%～0.03%，当奥氏体碳含量超过它在室温的溶解度后，碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬结合，析出碳化铬Cr23C6,造成奥氏体边界贫铬，在腐蚀介质作用下，即可能产生晶间腐蚀，从而降底了抗腐蚀性。 因此，必须严格控制碳的来源。焊接时，由于高温作用，焊件及焊材表面的油污均可能产生大量的碳而渗入到焊缝中，故焊前必须进行严格的除油污工作，常用丙酮去油污。焊接过程中，必须用专用的刚玉砂轮片打磨焊缝。 3.2 防止焊接热裂纹 热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，特别是单相奥氏体不锈钢更易产生。奥氏体产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得多。     因此，必须严格控制焊件及焊材中硫、 磷等的含量，因为它们易在熔池中形成低熔点共晶。硫与镍形成Ni3S2,熔点为645℃，而Ni-Ni3S2共晶的熔点只有625℃。 3.3 控制铁素体含量 由于甲胺液、尿液的腐蚀特性主要是整体腐蚀和选择性侵蚀，而铁素体组织的存在有利于选择性侵蚀的发展，所以纯奥氏体组织抗甲胺液、尿液的腐蚀性能最好，故应严格控制铁素体含量。 因此应严禁将尿素级不锈钢焊件、焊材与碳钢材料接触；使用专用的不锈钢刚玉砂轮片；由于不锈钢材料的电阻较大，焊接时应采用较小的焊接线能量，并控制层间温度不超过60℃，减少焊接过程高温停留时间，避免奥氏体连续冷却C-曲线与奥氏体等温转变C-曲线相交，保证焊缝熔敷金属最终为全部的均匀的奥氏体组织。 4  焊接工艺 4.1 焊接方法的选择     由于尿素级不锈钢合金元素含量较高，所以与介质 接触的一侧应尽可能采取惰性气体保护的TIG焊焊接方法。因为氩弧的温度高，热量集中，而且有氩气流的冷却作用，所以焊缝的冷却速度较快，热影响区小，应力小，合金元素的烧损也较少，故能避免奥氏体连续冷却C-曲线与奥氏体等温转变C-曲线相交，最终焊缝熔敷金属为全部的奥氏体组织。采用电弧焊时，只要选择合适的焊接工艺参数，也能获得全部的奥氏体组织。所以对于厚壁材料，为了能同时获得较高的生产效率、经济效益，采用氩弧焊打底、电焊盖面的焊接方法。 4.2 坡口制作     用镗床或坡口机等机械方法制备坡口，坡口形式见图2 4.3  焊前准备 4.3.1 焊前清理坡口及其内外30mm范围内的油污、油脂、水质等污物，并用 丙酮清洗干净；焊丝也用同样的方法清洗干净。 4.3.2 清理坡口、修磨焊缝等应用不锈钢丝刷、刚玉砂轮片等不锈钢专用工具。 4.3.3 焊工应穿戴干净的劳保服、焊工手套等，以防止污染。 4.4 焊接参数选择 4.4.1焊接时，采用较大的线能量焊接时，晶粒易粗大，残余应力较大, 同时奥氏体连续冷却C-曲线右移，会导至铁素体含量的增加，最终使焊接接头抗腐蚀性能降低，直接影响产品抗甲胺液、尿液的腐蚀性能，故电流选择应偏下限。 4.4.2 焊接时，为了保证焊接质量，确保反面熔敷金属不被氧化，反面用氩气始终保护，打底层及第2层的焊接均采用氩弧焊焊接方法。 4.4.3 焊接过程中，应确保层间温度不超过60℃，并采用短弧焊、快速焊。 表：焊接工艺参数 焊接 层次 焊接方法 焊材牌号、规格 电源极性 焊接电流（A） 焊接电压（V） 焊接速度（mm/s） 氩气流量(L/Min.) 1～2 GTAW 25.22.2LMN Φ1.6 DC SP. 90～110 12～14 1.0～1.2 正:8～12背:10～15 3 SMAW BM310MoL  Φ2.5 DC RP. 65～75 21～24 1.0～1.2 / 4～5 SMAW BM310MoL  Φ4.0 DC RP. 110～130 23～26 1.7～1.9 / 6 SMAW BM310MoL  Φ2.5 DC RP. 65～75 21～24 1.0～1.2 / 备注：盖面焊条选用Φ2.5而非Φ4.0，是由于Φ4.0焊条盖面成型较差。 5  结论 1 尿素级不锈钢316Lmod 焊接时，选用25.22.2LMN焊丝、BM310MoL焊条，采用氩弧焊打底，电焊盖面的焊接方法，在工艺上是可行的。 2 经尿素装置的实际证明，尿素级不锈钢的焊接效果良好--所有焊缝经100%RT及铁素体含量测定均一次通过。尿素装置运行至今，尿素级不锈钢的焊接接头未出现过问题。