S31254不锈钢焊接工艺
发布时间：
2019-01-14
S31254不锈钢焊接工艺
我公司承接阿克苏诺贝尔化学品生化处理装置提升改造项目，使用一种美国牌号S31254的特种不锈钢材料管道，规格Φ60.3*2.77mm，一种在普通奥氏体不锈钢基础上发展起来的高合金奥氏体不锈钢。这种钢具有优异的抗点蚀、间隙腐蚀、均匀腐蚀和应力腐蚀的能力，可焊性好。广泛应用于石油化工压力容器及海洋上的结构产品。
1、材料特性
S31254属超低碳奥氏体不锈钢，与一般的18Cr-8Ni奥氏体不锈钢相比，其化学成分的特点是低C(比一般超低碳不锈钢的含碳量低0.025%)、高Mo(含量达6%)，并加入Cu和N。化学成分和力学性能见下表
化学成分表
|
元素 |
C |
Mn |
P |
S |
Si |
Cr |
Ni |
Cu |
Mo |
N |
|
含量（%) |
≤0.02 |
≤1.00 |
≤0.03 |
≤0.01 |
≤0.80 |
19.5~20.5 |
17.5~18.5 |
0.5~1.00 |
6.0~6.5 |
0.18~0.22 |
力学性能表
|
项目 |
σb/Mpa |
σ0.2/Mpa |
δ5/% |
AKV/(J/CM2) |
HB |
|
数值 |
≥650 |
≥300 |
≥35 |
≥120 |
≤210 |
2、材料的焊接
2.1焊接性分析
S31254属于奥氏体不锈钢。奥氏体钢焊接一般不会产生冷裂纹，但如果焊接材料和工艺选择不当，就有产生热裂纹的倾向。与一般的18-8不锈钢相比，该材料C、S、P等杂质元素含量更低，因此热裂纹产生的可能性会更低，但其金相组织为单相奥氏体，没有一定量的δ铁素体存在，从可焊性分析，有一定的热裂纹倾向。
2.2焊接方法的选择
该钢种属奥氏体不锈钢，不锈钢焊接常用的钨极惰性气体保护焊(GTAW)、手工电弧焊(SMAW)等方法均可用于该钢种的种的焊接。其中GTAW焊接方法电弧热量集中，线能量可控制到很小，焊縫金属纯净，是该钢种压力容器及管道的理想焊接方法。SMAW是一种灵活、适用范围广的焊接方法，在我国的石化设备和压力容器制造中大量使用，采用优质的焊条和合理的工艺可以得到优质的焊缝，用于该材料的焊接也较理想。
焊接时如果仅重熔母材，不填充焊接材料，会引起焊缝金属化学成分(主要是Cr、Ni、Mo耐蚀元素)的变化，从而使焊缝的耐蚀性下降。因此，不允许用不加填充金属的GTAW方法焊接。
2.3 焊接材料的选择
一般奥氏体不锈钢的选材原则是选用与母材相同化学成分的焊材。由于焊接接头在组织、性能和应力分布上与母材存在差异，使焊接接头往往成为结构中的薄弱环节。该钢种耐蚀性优异，如果选用与母材相同成分的焊材，焊接接头的耐蚀性不能与母材匹配，影响设备的正常使用。因而要选用耐蚀性更高的镍基合金材料，这样才能保证焊接接头的耐蚀性与母材匹配，甚至优于母材。选用ErNiCrMo-3属于镍基合金焊接材料,其化学成分见下表：
|
焊材化学成分 |
C |
Si |
Mn |
Cr |
Mo |
Nb |
Fe |
Ni |
|
含量（%） |
0.007 |
0.076 |
0.023 |
22.01 |
9.38 |
3.6 |
0.33 |
64.21 |
2.4焊接工艺及其评定
由于该材料及其焊缝的组织为单相奥氏体，因此宜采用较小的热输入工艺，以防止焊缝及热影响区组织过分粗大，降低其耐蚀性。焊接时的线能量应小于1.5kJ/mm,焊接操作采用窄焊道、高焊速的多层多道焊工艺，层间温度应低于100℃。焊接坡口可采用V形、X形或其他形式。该材料GTAW焊接工艺参数见下表：
|
焊道/焊层 |
焊接方法 |
填充材料 |
焊接电流 |
电弧电压 (V) |
焊接速度 (cm/min) |
线能量 (kJ/cm) |
||
|
牌号 |
直径 |
极性 |
电流(A) |
|||||
|
1 |
GTAW |
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