CN104816070A - 奥氏体不锈钢管线焊接工艺 - Google Patents

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杨庆泽
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张锦宝
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李家伟
李晓鹏
王林昌
蔡新荣
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Abstract

本发明提供一种奥氏体不锈钢管线焊接工艺，包括：在待焊接管线端部预制焊接坡口；组对焊接坡口后直接在坡口根部进行定位焊；对待焊接管线内部充氩保护；封底焊接时将定位焊直接熔入焊缝；热焊道焊接完成后停止对位于管线内部的焊道背面的充氩保护；完成填充盖面焊接；对焊接件进行检验；实现不锈钢管线焊接时，定位焊无需背面充氩，封底时无需打磨处理定位焊，封底同时背面氩气纯度逐步提高，进行热焊道时对根部焊缝有效保护防止氧化，避免组对时管线内充氩和打磨飞溅造成背面氩气纯度降低，缩短锈钢管线焊接时间，焊接质量佳，节省打磨材料及保护气体，提高生产效率，降低生产成本。

Description

奥氏体不锈钢管线焊接工艺
技术领域
本发明涉及焊接工艺，尤其涉及一种奥氏体不锈钢管线焊接工艺。
背景技术
奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢种,在高温、极低温度(-196℃)下均具有优良的塑韧性、冷热加工性能和耐腐蚀性能。在海洋石油工程及液化天然气终端模块的工艺管线建造中，经常涉及到316或304系列奥氏体不锈钢管线的焊接。由于不锈钢在焊接时极容易出现氧化从而影响焊缝耐腐蚀性能，对于不锈钢管线的焊接需要谨慎处理，特别是封底焊接时管体内部需要充氩气保护防止根部氧化，对保护气体纯度要求严格。
对于不锈钢管线的接长工作，组对过程进行定位焊时，为了防止根部的氧化，目前业内采用的处理方法有两种：一种是首先对管线内部进行充氩气保护，然后组对时在根部进行定位焊，此种方式要求组对时进行位于管线内部的焊道背面充氩，操作难度较大，消耗氩气明显；另一种是采用搭桥方式，在坡口外侧进行定位焊，此方式要求封底焊接过程中将定位焊打磨干净，打磨耗时耗力，打磨飞溅对于管线内部的氩气纯度影响严重，等待保护气纯度恢复十分耗时，如果打磨处理不当，也较容易出现缺陷。特别对于大管径管线,目前的定位焊方式均会致使焊接工作效率较低且成本较高。
在针对不锈钢的传统充氩焊接方式的基础上，国际知名焊材厂家(如美国林肯和日本神钢)均研发了不锈钢免充氩焊接材料。该类焊接材料可以在不锈钢封底焊接时，实现背面免充氩保护，根部颜色满足相关标准要求。但是在采用该类焊材完成封底焊接后，由于坡口根部厚度只有3-4mm，根部焊道背面没有氩气保护，进行热焊道焊接会无法避免的对坡口根部焊道造成影响，这样坡口根部会出现严重氧化现象，从而影响了焊缝耐腐蚀性能。对于耐腐蚀性能要求极其严格的不锈钢工艺管线，该工艺存在明显的局限性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其是在坡口根部直接进行定位焊，且定位焊时无需背面充氩，封底焊接时无需打磨去除定位焊，且封底焊接过程中背面氩气纯度可逐步提高，热焊道焊接时背面氩气保护有效防止根部氧化，从而可避免组对时管线内部充氩，实现大批管线、管件集中高效组对，又可避免等待封底前背面氩气纯度达标的时间，还可避免打磨飞溅造成背面氩气纯度降低的问题，有效缩短不锈钢管线焊接时间，使坡口根部焊缝变色满足相关标准要求，焊接质量佳，节省打磨材料及保护气体，提高生产效率，降低生产成本。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步:在待焊接的管线端部预制焊接坡口；
第二步：组对焊接坡口后直接在坡口根部进行定位焊；
第三步：对待焊接的管线内部进行充氩保护；
第四步：进行封底焊接,封底焊接时将定位焊直接熔入焊缝；
第五步：进行热焊道焊接，完成后停止对位于管线内部的焊道背面的充氩保护；
第六步：完成填充盖面焊接；
第七步：对焊接件进行检验。
前述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其中，所述预制的焊接坡口为单边V字形或单边复合型坡口；该坡口的底端角度为55至65度，钝边尺寸为1至2mm，坡口组对间隙为2至4mm。
前述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其中，所述坡口的定位焊、封底焊、热焊道焊采用钨极氩弧焊焊接。
前述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，所述封底焊接过程中管线内部氩气纯度逐步提高，在进行热焊道焊接时达到要求纯度。
前述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其中，所述定位焊和封底焊采用钨极氩弧焊焊接的工艺条件是，使用药芯焊丝型号为日本神钢TG-X316L或者日本神钢TG-X308L，焊丝直径为2.2mm，电流范围为75至100A，电压为10至12V，焊接速度为35至70mm/min，焊接保护气用99.99％以上纯度氩气；所述热焊道焊采用钨极氩弧焊焊接的工艺条件是，使用焊丝型号为TGS-316L或者TGS-308L，焊丝直径为2.0mm或2.4mm，焊丝直径为2.0mm时电流范围为80至120A，电压为10至13V，焊接速度为45至75mm/min；焊丝直径为2.4mm时电流范围为90至140A，电压为11至14V，焊接速度为50至80mm/min，焊接保护气用99.99％以上纯度氩气，热焊道完成后停止背面充氩保护。
前述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其中，所述第三步对管线内部进行充氩保护是采用管线内部局部封堵方式进行充氩气保护，氩气纯度在99.99％以上。
前述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其中，所述完成热焊道之后的填充及盖面焊接采用钨极氩弧焊、手工电弧焊、药芯气体保护焊或埋弧自动焊接工艺完成。
前述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其中，所述第七步对焊接件检验项目包括：
(1)外观检验和NDT检验，合格标准是:满足焊接标准ASME IX及ASMEB31.3的要求。根部焊缝变色满足AWS D18.2等级6要求；
(2)力学性能试验，包括：(A)拉伸试验抗拉强度大于母材材料标准要求的最小值(515MPa)；B)弯曲试验件的受弯面无裂纹和其他缺陷，符合ASMEIX标准的要求；C)低温冲击韧性，冲击试验的试验温度为-196℃，侧向膨胀数值满足规格要求(侧向膨胀值大于0.38mm)。D)宏观以及硬度试验，焊件接头硬度符合NACE MR0175要求(最大值≤248HV10)；焊缝根部熔合良好，无未焊透情况出现；E)铁素体数试验，焊件接头铁素体数(2.0FN-9.0FN)要求。
本发明奥氏体不锈钢管线焊接工艺的有益效果：
1)针对奥氏体不锈钢管线焊接，组对时直接在坡口根部进行定位焊，无需背面充氩保护，实现了大批管线、管件集中高效组对；
2)针对奥氏体不锈钢管线焊接，避免了封底前背面氩气纯度需达到标准要求的等待时间，封底时直接将定位焊熔入焊缝，无需打磨去除定位焊；
3)剔除了定位焊打磨去除工序，避免了打磨定位焊飞溅造成背面氩气纯度降低。大大缩短不锈钢管线焊接时间，焊接质量佳，根部变色满足相关标准要求。
4)节省打磨材料及保护气体，提高生产效率，降低生产成本。
具体实施方式
实施例一：
对ICHTHYS LNG项目的不锈钢管线进行焊接，根据焊接标准ASME IX、ASMEB31.3及ICHTHYS项目规格书完成的焊接工艺评定试验。
管线材质为ASTM A358Gr.TP316/316L，规格为OD:711.2mm，壁厚20.62mm，使用本发明焊接工艺进行焊接主要操作步骤如下：
1、焊缝焊前准备工序：
①制备坡口：对待焊接的管线端部预制焊接坡口，焊接坡口为单边V字形，坡口底端角度为60度，人工打磨完成钝边为1-2mm；对坡口及其内外壁两侧25mm的范围采用不锈钢丝刷进行清理。
②选定焊接材料：焊丝采用日本神钢的TG-X316L焊丝，直径为φ2.2mm；昆山天泰的TGS-316L焊丝，直径为φ2.4mm。填充盖面根据成熟工艺选用相应其他焊材。
2、组对：
调整根部间隙为2mm，采用钨极氩弧焊进行定位焊，使用的药芯焊丝型号为TG-X316L，焊丝直径为2.2mm，电流范围为75至100A，电压为10至12V，焊接速度为35至70mm/min，焊接保护气用99.99％以上纯度氩气。定位焊无需背面充氩保护，要求定位焊焊缝两侧平滑，以便于封底时的融合。
3、对管线内部进行充氩保护：
通过局部封堵方式，在管内部进行充氩气保护，采用保护气氩气纯度99.99％。
4、封底焊接：
采用钨极氩弧焊焊接。使用的焊丝型号为TG-X316L，焊丝直径为2.2mm，电流范围为75至100A，电压为10至12V，焊接速度为35至70mm/min，焊接保护气用99.99％以上纯度氩气；封底焊接时将定位焊直接熔入焊道。封底过程中对位于管线内部的焊道背面充氩气保护，氩气纯度可逐步提高，对气体纯度无严格要求。
5、热焊道焊接：
热焊道开始前要求管线内部氩气纯度达到99.95％以上，以防止热焊道焊接引起根部背面氧化。热焊道焊接采用钨极氩弧焊焊接，使用的焊丝型号为TGS-316L，焊丝直径为2.4mm，电流范围为90至140A，电压为11至14V，焊接速度为50至80mm/min，焊接保护气用99.99％以上纯度氩气。完成热焊缝之后停止管线内部充氩保护。
6、热焊道之后的填充及盖面焊接：采用传统手工电弧焊完成剩余焊接。
本实施例中的焊接工艺参数见表1所示，定位焊时焊接参数应适当以形成平滑的焊缝，热输入控制在1.7KJ/mm以内。
本实施例中未进行说明的内容为现有技术，故不再进行赘述。
7、焊接试验件检验，检验结果如下：
(1)外观检验和NDT检验：该工艺试验件外观检验和NDT检验完全合格，满足焊接标准ASME IX及ASME B31.3的要求。根部焊缝变色满足AWS D18.2等级6要求。
(2)力学性能试验：A、拉伸试验。拉伸试验抗拉强度都大于该材料标准要求的最小值(515MPa)，拉伸试验合格，如表2所示。B、弯曲试验。弯曲试验件的受弯面无裂纹和其他缺陷，符合ASME IX标准的要求，弯曲试验合格，如表3所示。C、低温冲击韧性试验。冲击试验的试验温度为-196℃，冲击数值均满足规格书的要求(侧向膨胀值大于0.38mm)，如表4所示。D、宏观以及硬度试验。焊件接头硬度符合NACE MR0175要求(最大值≤248HV10)。焊缝根部熔合良好，无未焊透情况出现，如表5所示。E、铁素体数试验。焊件接头铁素体数符合规格书的要求(2.0FN-9.0FN)，如表6所示。
表1 本实施例焊接工艺参数
表2 本实施例拉伸试验结果
表3 本实施例弯曲试验结果
表4 本实施例低温韧性试验结果(-196℃)
表5 本实施例硬度试验结果(HV10)
表6 本实施例铁素体数试验结果(FN)
本发明奥氏体不锈钢管线定位焊焊接工艺的优点是：定位焊时无需背面(管内部)充氩，封底焊时无需打磨去除定位焊，封底焊过程中背面氩气纯度逐步提高，热焊道时背面氩气保护可有效防止根部氧化，既避免组对时管内充氩，实现大批管线、管件集中高效组对，又避免封底焊前背面氩气纯度需达到标准要求的等待时间，还避免打磨飞溅造成背面氩气纯度降低，缩短不锈钢管线焊接时间，使坡口根部焊缝变色满足相关标准要求，焊接质量佳，节省打磨材料及保护气体，提高生产效率，降低生产成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步:在待焊接的管线端部预制焊接坡口；
第二步：组对焊接坡口后直接在坡口根部进行定位焊；
第三步：对待焊接的管线内部进行充氩保护；
第四步：进行封底焊接,封底焊接时将定位焊直接熔入焊缝；
第五步：进行热焊道焊接，完成后停止对位于管线内部的焊道背面的充氩保护；
第六步：完成填充盖面焊接；
第七步：对焊接件进行检验。
2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，所述预制的焊接坡口为单边V字形或单边复合型坡口；该坡口的底端角度为55至65度，钝边尺寸为1至2mm，坡口组对间隙为2至4mm。
3.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，所述坡口的定位焊、封底焊、热焊道焊采用钨极氩弧焊焊接。
4.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，所述封底焊接过程中管线内部氩气纯度逐步提高，在进行热焊道焊接时达到要求纯度。
5.根据权利要求3所述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，所述定位焊和封底焊采用钨极氩弧焊焊接的工艺条件是，使用药芯焊丝型号为日本神钢TG-X316L或者日本神钢TG-X308L，焊丝直径为2.2mm，电流范围为75至100A，电压为10至12V，焊接速度为35至70mm/min，焊接保护气用99.99％以上纯度氩气；所述热焊道焊采用钨极氩弧焊焊接的工艺条件是，使用焊丝型号为TGS-316L或者TGS-308L，焊丝直径为2.0mm或2.4mm，焊丝直径为2.0mm时电流范围为80至120A，电压为10至13V，焊接速度为45至75mm/min；焊丝直径为2.4mm时电流范围为90至140A，电压为11至14V，焊接速度为50至80mm/min，焊接保护气用99.99％以上纯度氩气，热焊道完成后停止背面充氩保护。
6.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，所述第三步对管线内部进行充氩保护是采用管线内部局部封堵方式进行充氩气保护，氩气纯度在99.99％以上。
7.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，所述完成热焊道之后的填充及盖面焊接采用钨极氩弧焊、手工电弧焊、药芯气体保护焊或埋弧自动焊接工艺完成。
8.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢管线焊接工艺，其特征在于，所述第七步对焊接件检验项目包括：
(1)外观检验和NDT检验，合格标准是:满足焊接标准ASME IX及ASMEB31.3的要求。根部焊缝变色满足AWS D18.2等级6要求；
(2)力学性能试验，包括：(A)拉伸试验抗拉强度大于母材材料标准要求的最小值；B)弯曲试验件的受弯面无裂纹和其他缺陷，符合ASME IX标准的要求；C)低温冲击韧性，冲击试验的试验温度为-196℃，侧向膨胀数值满足规格要求；D)宏观以及硬度试验，焊件接头硬度符合NACE MR0175要求；焊缝根部熔合良好，无未焊透情况出现；E)铁素体数试验，焊件接头铁素体数要求。
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