薄壁奥氏体不锈钢压力容器制造难点分析与控制.doc

技师论文

题目：薄壁奥氏体不锈钢压力容器制造难点分析与控制

姓名：金 龙
工种：铆 工
所在单位：扬州万福压力容器有限公司

薄壁奥氏体不锈钢压力容器制造难点分析与控制

摘要：在工程实践和试验的基础上，对薄壁奥氏体不锈钢压力容器制造中存在的焊缝收缩变形、筒节环缝焊后束腰、焊缝晶间腐蚀、焊接热裂纹等问题进行分析，并提出控制措施。这些措施在实际应用中均取得良好效果。

关键词 ： 焊接 压力容器 奥氏体不锈钢 压力容器 分析 

1焊缝收缩变形量的控制
单个筒节的纵缝收缩量对筒节的整体尺寸影响不大，但筒节之间环缝的收缩量必须在制作时加以考虑。标准规定容器焊后筒体长度误差为千分之筒体总长，因此对比较长的容器在下料时应预先留出焊缝收缩余量。影响纺变形量的因素较多，主要有接头形式、板才厚度、夹固状态以及热输人量。我们在制作徐州中能多晶硅项目设备、二氯化硅洗涤塔该塔规格为DN1000mm x10mm，材料为0Cr18Ni9，总长为19000mm，共计有12道焊口，V型坡口对接焊缝，采用手工电弧焊)，根据碳钢容器的施工经验，每道焊口只加了1.Smm的收缩余量，结果施焊完毕后测量筒体总长缩短了12mm，每道焊口的收缩量达到了2.Smm。原因是0Cr18Ni9钢板的热膨胀系数比碳钢大(0Cr18Ni9约为16.6x 10}/0C ,碳钢约为10.6x 10}/9C )，故其焊后收缩量比碳钢大。因此今后施工长筒节容器时必须通过计算和实验的方法确定焊缝收缩量，还可留出一个筒节待最后下料，以确保容器长度尺寸符合标准要求。
2筒节环缝焊后束腰的控制
施工中发现奥氏体不锈钢薄板、厚板都存在焊后筒节环缝束腰的现象，特别是6～10mm左右的薄板，其束腰量达2～3mm，造成筒节棱角度超标。原因是不锈钢的传热系数较小，线膨胀系数大，后易产生较大的焊接变形。在不控制层间温度和焊接热输入的情况下造成束腰。为减小或消除束腰，我们采用如下方法：
（1）在保持工艺参数的同时改变焊接顺序。组装时采用内坡口，焊接时先焊内侧焊口，焊完内侧打底焊、填充焊后再焊接外侧焊口，最后进行内侧焊缝的盖面焊（因为内侧焊缝与工作介质直接接触，故内侧焊缝盖面焊放到最后焊接）。
（2）刚性固定法。焊接外侧焊口时，在容器内部采用内顶丝杠加强垫板法对内侧焊缝及焊缝两侧各50㎜范围进行刚性固定加强。如图1所示。

（3）严格控制层间温度不高于100℃，为加快冷却速度可采用焊后直接水冷的方法。
通过采取以上措施，较好的控制了筒节的焊接束腰问题，焊缝棱角度完全符合标准要求。
3焊缝晶间腐蚀的控制
奥氏体不锈钢焊接不当时，不仅在焊缝和热影响区易造成晶间腐蚀，而且在焊接接头近缝区的一个狭带上也会发生晶间腐蚀。其原因是焊接时焊缝在450～850℃温度范围内反复加热，使溶于奥氏体的碳以较快的扩散速度析出，聚集在晶界处的碳和铬形成碳化铬，在晶粒边界形成贫Cr层所致。在材料一定的情况下，我们只有通过改变工艺过程来解决这一问题。
根据奥氏体不锈钢材料本身的特点结合图纸的要求选取两组试件：
第一组，采用大的焊接线能量进行焊接，焊后发现焊缝发黄，这是晶粒粗大及化学成分变化所致。
第二组，采用小的焊接线能量进行焊接，加快焊缝冷却速度，尽量减小焊缝在危险温度区停留时间，使其不致形成贫Cr区，焊后没有发现焊缝变黄。
把两组试件放到浓的腐蚀介质中，并施加一外力，则第一组先形成脆断，然后把第二组安上述方法完成后进行1050～1100℃的固溶处理，重新放到腐蚀介质中施加同样大小的外力，第二组没有发生脆断，证明碳已重新溶入并稳定了奥氏体组织。
经过工艺评定，第二组工艺是可行的，徐州中能多晶硅二期扩建工程中的不锈钢容器的制造，焊缝一次合格率达98％以上，容器的整体质量得到了保证，总结以上经验，制定了如下方法：
（1）采用小的电流、短弧、多道焊，待先焊的一层完全冷却，温度＜100℃，然后再焊下一层，以减少焊接接头在在危险温度区停留时间，不致形成贫Cr区。
（2）与腐蚀性介质接触的焊缝最后焊接，另外尽量避免布置交叉焊缝，减少焊接接头，避免重复焊热循环。
至于采用大的规范参数焊接而后进行固溶处理的方法，虽然效果可以，但工序复杂，不宜采用。
4 焊接热裂纹的控制
奥氏体不锈钢焊接时容易出现的主要缺陷是热裂纹。这是由于奥氏体不锈钢的热导率不到碳钢吧的1/3，而线膨胀系数却大得多，故在焊接时会产生较大的焊接应力。另外奥氏体结晶时间长，杂质偏析较严重。
我们发现薄板比厚板更容易出现热裂纹。在做薄板试件时并没有出现裂纹，但在实际施焊时出现了热裂纹，分析其原因为：做试板时基本上没有外界拘束，而在焊接压力容器时，其本身的拘束度是很大的。另外薄板比厚板散热快，而且是在冬季施工，这就造成了焊缝内部的焊接应力及残余应力特别大，因而易出现热裂纹。由于不锈钢传热系数小，线膨胀系数大，熔深浅，不易焊透，焊接速度太小会因过热而形成热裂纹，所以我们采用开坡口的小间隙焊缝与不开坡口的大间隙焊缝进行对比，发现不开坡口的小间隙焊缝出现热裂纹的机率特别低，焊缝修补时，稍加预热以减少应力，避免出现热裂纹。
5 焊后热处理
为防止奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，除在焊接规范上采用小电流、快速、短弧焊等以缩小热影响区外，还可以采用焊后热处理的方法。实际施工中，常采用以下两种方法：
（1）稳定化退火。加热到850℃保温2h后空冷。其主要目的是加速铬的扩散，使贫Cr区的Cr得到补偿从而可以消除贫C区。r
（2）固溶处理。加热到1050℃～1100℃保温0.5h后水淬，主要目的是使碳化铬溶解，以消除贫Cr区。
奥氏体不锈钢容器的这两种焊后热处理，都需要有大型的加热装置，有一定的局限性，温度太高要防止容器变形，加热时要防止表面增碳，故对设备整体进行焊后热处理应用较少。我们经常进行的固溶处理是在奥氏体不锈钢钢管冷弯成U形管后对弯头及300㎜直管范围内的固溶处理，制定了相应的技术措施，实施效果较好。
经过试验和具体实践，我们摸索出一套比较成熟的薄壁奥氏体不锈钢压力容器的制作方法，并对难点问题提出了可行的控制措施，通过在设备上的实际应用取得了良好的效果，为今后的设备制造积累了一定的经验。