于吉俊 張興忠 桑梓心 魏樂

蒙乃爾合金UNS N04400焊接質(zhì)量控制

于吉俊 張興忠 桑梓心 魏樂

【摘要】通過對(duì)蒙乃爾合金UNS N04400管道焊接技術(shù)、焊接管理要素進(jìn)行優(yōu)化控制，確保最終獲得良好的焊縫質(zhì)量，確定了該類管道的焊接方法、工藝參數(shù)以及焊接過程中的質(zhì)量控制措施，應(yīng)用于40萬t/a輕石腦油異構(gòu)化裝置工藝管道的安裝，積累了UNS N04400管道焊接經(jīng)驗(yàn)，給類似管道的施工提供了借鑒和參考。

蒙乃爾合金UNS N04400是一種在石油化工、化學(xué)、制藥等工業(yè)領(lǐng)域用途較廣、綜合性能較好的耐腐蝕鎳基合金，此合金在氫氟酸和氟氣介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性。此外，對(duì)熱濃堿液也有優(yōu)良的耐蝕性，其重要特征是一般不易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，具有很高的強(qiáng)韌性及良好的冷、熱加工和切削性能。40萬t/a輕石腦油異構(gòu)化裝置中，UNS N04400壓力管道的焊接是本裝置焊接難點(diǎn)和重點(diǎn)。由于UNS N04400是從美國進(jìn)口，焊材從日本進(jìn)口，余量不多，所以需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以避免返工造成材料不足，拖延施工周期，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

1. 焊接質(zhì)量控制措施

（1）焊工選擇 焊工需按照《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》的有關(guān)規(guī)定，取得相關(guān)焊接項(xiàng)目資質(zhì)。優(yōu)先選用近年焊接合格率一直保持優(yōu)良、參加過多種材質(zhì)焊接，經(jīng)驗(yàn)豐富而且不銹鋼焊接技能熟練的焊工。安排焊工練習(xí)，熟悉蒙乃爾合金焊接材料，掌握焊接技能，經(jīng)考試合格后，焊工才可持證上崗。

（2）焊接設(shè)備 選用檢查合格的ZX7—400STG高頻氬弧焊機(jī)，此類焊機(jī)可以高頻起弧、衰減收弧，避免了傳統(tǒng)焊機(jī)在焊接UNS N04400材質(zhì)時(shí)容易出現(xiàn)的焊接缺陷。

（3）焊接材料選擇和控制 依據(jù)合格的焊接工藝評(píng)定報(bào)告，焊絲選用ERNi Cu—7、φ2.5mm，焊條ENiCu—7、φ2.5mm。焊條烘烤合格后方能使用，ENiCu—7焊條烘干溫度為250℃，恒溫1～2h，120～150℃保溫待用?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，焊工必須配有合格的焊條筒，焊條筒需具備良好的保溫效果，焊接時(shí)取出焊條后應(yīng)及時(shí)蓋好焊條筒。焊工嚴(yán)格按照焊接技術(shù)交底的要求使用焊接材料，技術(shù)質(zhì)量人員現(xiàn)場(chǎng)檢查焊材的使用，避免誤用焊材。

（4）焊接環(huán)境管理 當(dāng)焊接環(huán)境條件達(dá)到下列情況時(shí)，應(yīng)采取措施方可施焊：相對(duì)濕度＞90%；風(fēng)速＞2m/s（氬弧焊），風(fēng)速＞8m/s（焊條電弧焊）。

（5）焊縫組對(duì) 焊縫組對(duì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一，焊縫坡口的準(zhǔn)備、焊接程序應(yīng)執(zhí)行焊接工藝指導(dǎo)書的有關(guān)規(guī)定。UNS N04400坡口加工采用機(jī)械加工，使用不銹鋼專用砂輪片進(jìn)行打磨，坡口形式如圖1所示。

第二，施焊前需用角向磨光機(jī)（≤φ100mm的管件，內(nèi)表面用軸向磨光機(jī)），將坡口內(nèi)外兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的油漆、銹、污垢及毛刺等對(duì)焊接有害雜物清除干凈，且不得有裂紋、夾層等缺陷；如用等離子切割管道，必須除去坡口表面的氧化皮、熔渣，并將凹凸不平處打磨平整。打磨好后用丙酮清洗坡口及兩側(cè)30mm區(qū)域。

第三，焊口組對(duì)要求包括：①為避免附加應(yīng)力的產(chǎn)生，施焊前嚴(yán)禁強(qiáng)行組對(duì)。②管道組成件對(duì)接環(huán)焊縫組對(duì)時(shí)，應(yīng)使內(nèi)壁平齊，其錯(cuò)邊量不應(yīng)超過壁厚的10%，且應(yīng)符合下列規(guī)定：質(zhì)量檢查等級(jí)為1級(jí)的管道≤1mm，其他級(jí)別的管道≤2mm。本次施工管道質(zhì)量檢查等級(jí)為1級(jí)管道，因此錯(cuò)邊量控制要求非常嚴(yán)格（≤0.55mm），對(duì)組對(duì)要求非常高。

第四，焊縫應(yīng)盡可能在活動(dòng)口位置焊接完成，減少固定口數(shù)量，以降低焊接難度。最后固定口位置宜設(shè)置在管道的垂直固定口位置，需要重點(diǎn)考慮的是氬弧焊打底時(shí)充氬保護(hù)的難易程度。

圖1

（6）焊接質(zhì)量控制要點(diǎn) 第一，焊接時(shí)，不論采用手工鎢極氬弧焊還是焊條電弧焊，引弧時(shí)應(yīng)在坡口內(nèi)進(jìn)行，嚴(yán)禁在坡口外引弧。

第二，采用“過橋”定位焊；焊接接近定位焊部位時(shí)，打磨清除定位焊部位。

圖2

第三，氬弧焊打底時(shí)，需要在管道內(nèi)部進(jìn)行有效的充氬保護(hù)，避免焊縫根部高溫氧化現(xiàn)象。充氬保護(hù)類似于不銹鋼氬弧焊打底進(jìn)行的充氬保護(hù)，管道內(nèi)部的焊縫兩側(cè)使用海綿封閉，氬氣出口設(shè)置在海綿中心，焊縫的外面使用封口膠布進(jìn)行密封（見圖2），形成充氬室。布置充氬室應(yīng)綜合考慮，充氬室空間應(yīng)盡可能小，以獲得良好的充氬保護(hù)效果，氬氣流量為8～12L/min，充氬后開始焊接的時(shí)間根據(jù)充氬室空間大小確定。充氬保護(hù)效果的好壞可依據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷：內(nèi)側(cè)焊縫出現(xiàn)五彩顏色，則充氬保護(hù)效果良好；內(nèi)側(cè)焊縫出

現(xiàn)光滑的淺黑色，則充氬保護(hù)效果正常；內(nèi)側(cè)焊縫出現(xiàn)燒枯現(xiàn)象，則充氬保護(hù)效果不好，需要打磨清除已經(jīng)焊接的部位。充氬保護(hù)效果對(duì)蒙乃爾合金焊縫根部質(zhì)量有重要影響，而焊縫根部質(zhì)量對(duì)焊縫質(zhì)量有決定性影響。

第四，氬弧焊打底接近完成時(shí)，應(yīng)使用手電筒檢查內(nèi)部的焊縫根部質(zhì)量，確認(rèn)外觀質(zhì)量良好，充氬保護(hù)效果正常后再焊接封閉剩余焊縫，“觀察窗”焊縫段宜設(shè)置在容易獲得良好外觀質(zhì)量位置。

第五，氬弧焊打底后，進(jìn)行焊縫填充焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)打底層的厚度靈活選擇是否進(jìn)行充氬保護(hù)焊縫根部，避免焊縫根部在填充焊接時(shí)產(chǎn)生高溫氧化現(xiàn)象。

第六，收弧時(shí)應(yīng)使弧坑飽滿，每個(gè)收弧處均應(yīng)該進(jìn)行打磨，以清除收弧熱裂紋等缺陷，確認(rèn)無缺陷后再繼續(xù)焊接。

第七，焊接參數(shù)選擇如附表所示。手工鎢極氬弧焊進(jìn)行打底層的焊接時(shí)，從兩定位焊縫中間起焊，采用小擺動(dòng)操作，確保兩側(cè)熔合良好，背面成形高度保證在1～2mm之間。同時(shí)應(yīng)避免鎢極與焊絲、坡口表面相碰，以防焊縫夾鎢，影響焊縫內(nèi)部質(zhì)量。焊條電弧焊時(shí)，宜采用短弧連續(xù)焊，不宜使用滅弧焊，以避免因未掌握滅弧焊技術(shù)而使熔池部位產(chǎn)生缺陷。填充及蓋面焊道采用小擺動(dòng)操作，層間清理要徹底，各層道之間接頭應(yīng)相互錯(cuò)開。焊接應(yīng)盡可能采用小電流、快速焊，嚴(yán)格控制好熱輸入。

第八，層間溫度應(yīng)控制在100℃以下，采用紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)溫度，可以采用兩條焊縫同時(shí)焊接的方法，一條焊縫打底層焊完后焊接另一條焊縫的打底層，這樣既可控制層間溫度，又能保證焊接效率。

（7）焊后自檢焊后清理焊縫表面焊渣及飛濺，焊縫外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件的要求，焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡，焊縫和熱影響區(qū)表面不應(yīng)有裂紋、氣孔、弧坑和夾渣等缺陷，對(duì)有母材損傷、焊縫表面缺陷的，要修補(bǔ)和處理，并用不銹鋼鋼絲刷將焊縫表面刷干凈。

（8）焊后標(biāo)識(shí) 焊后用對(duì)管道無害的記號(hào)筆標(biāo)識(shí)焊工號(hào)、焊縫號(hào)、焊接日期和管線號(hào)等有效數(shù)據(jù)。

2. 其他質(zhì)量控制措施

（1）管道隔離采用對(duì)管道無害的木板等軟材料進(jìn)行隔離，管道安裝后應(yīng)注意防止其他管道切割、焊接時(shí)的飛濺物對(duì)其造成污染，所有接觸管道的工具應(yīng)使用不銹鋼材質(zhì)。

（2）管內(nèi)清潔度控制管段封堵前進(jìn)行檢查，確認(rèn)達(dá)到清潔度后，全部管口進(jìn)行封閉。管道現(xiàn)場(chǎng)安裝前，逐件檢查和清除管道內(nèi)部的砂土及其他雜物，管道施工中每個(gè)焊縫組對(duì)前都要進(jìn)行清潔度檢查，確保安裝管道的清潔度符合要求。

UNS N04400的焊接，只要從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)環(huán)節(jié)從嚴(yán)進(jìn)行質(zhì)量控制，控制好每個(gè)細(xì)節(jié)，就能焊接出質(zhì)量?jī)?yōu)良的焊接接頭。UNS N04400焊接接頭如圖3所示。

3. 結(jié)語

該焊接質(zhì)量控制措施應(yīng)用于我單位承接的40萬t/a輕石腦油異構(gòu)化裝置中工藝管道的安裝，材質(zhì)為DN80SCH4067Ni—30Cu ASTM B165 N0440，管道長(zhǎng)約20m，規(guī)格φ88.9mm×5.5mm，焊縫總數(shù)12道，共進(jìn)行RT檢測(cè)36張，合格36張，焊接一次合格率100%，焊縫質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。裝置于2013年12月交付使用，目前裝置運(yùn)行狀況良好，產(chǎn)品質(zhì)量合格，用戶滿意。

焊接參數(shù)

圖3

20150223

作者簡(jiǎn)介：于吉俊等，中國石油天然氣第六建設(shè)公司。