焊接工艺评定

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850km ,绝大部分为2205DSS[1 ] 。西气东输某气源工程由于输送天然气介质的腐蚀性强,高压管道采用2205 双相不锈钢材料。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,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。钢管制作焊接是关键工序之一;天然气管道的现场施工,焊接是最主要、最关键的工作之一。本文对D508 ×1519mm 规格钢管制管纵缝和现场环焊缝焊接工艺评定进行介绍。

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1519mm 厚平板和D508 ×1519mm 钢管,其主要合金元素是Cr 、Ni 、Mo 和N ,其重量百分比分别为: 22 %Cr、5 %Ni 、3 %Mo 和1.5 %N ,其显微组织为具有大约50 %的铁素体和大约50 %的奥氏体双相组织,其主要力学性能值见表。
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(-20℃)	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。

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(- 40℃) 夏比冲击试验、金相组织检验和腐蚀性能试验。工艺评定主要性能试验。
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。
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 221813L/15W	X		平焊 (1G)	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(6G)	8～18	< 150
				焊缝背面Ar+5%N2

从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- 40 ℃低温下的夏比冲击功,不但满足一般≥27J 的要求,且满足ASTMA923 标准≥34J 的要求。按ASTM G48 标准在6 %FeCl3 溶液进行的点蚀试验表明,焊接接头具有良好的耐氯离子局部腐蚀性能。焊缝和热影响区均为铁素体和奥氏体双相组织,近缝区没有出现单相铁素体,也没有发现金属间析出相的产生。焊接热影响区近缝区的铁素体含量最高为65 % ,满足技术条件要求,可以保证塑韧性和耐蚀性。焊缝和热影响区其他部位中的铁素体含量为35 %～50 %,奥氏体相相对较多,对塑韧性和耐蚀性有利。由此可以看出,拟定的焊接工艺评定工艺规程正确,焊接工艺参数适当,评定结果满足相关标准要求, 焊接接头性能优良。

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