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厚壁不锈钢管焊接变形原因及控制方法

发布时间:2022-04-07 点击次数:741

厚壁不锈钢管应用在石化行业中,会接触到酸性介质,采用不锈钢材质替换碳钢,以保证钢管的耐腐蚀性能。但由于种种原因导致钢管焊接后容易变形,产生应力集中等问题,本文来了解厚壁不锈钢管焊接变形原因及控制方法,减小焊接变形和应力的产生,达到提高焊接质量的目的。


焊接变形原因

1、热膨胀系数高

奥氏体不锈钢热膨胀系数约为低碳钢的1.5倍,不锈钢材质受热膨胀影响更大、更容易产生变形。

厚壁不锈钢管焊接变形原因及控制方法.png 

2、热影响区大

不锈钢中铬元素含量较高,铬的熔点达1855℃,导致不锈钢管焊接过程中要求焊接电流更大、熔池温度更高。厚壁管熔池及填充量更大,焊接层数多在3层以上,加剧了焊接过程中的变形。

厚壁不锈钢管焊接变形原因及控制方法.png 

3、焊接应力产生

焊缝熔合区受高温热源的影响被急剧加热并熔化,而周围温度相对较低区域对熔合区产生约束,从而产生应力;焊后熔合区材料冷却收缩受到周围区域不均匀温度场的影响,产生不均匀的收缩变形,焊接及相邻区域形成残余应力。应力产生后不仅造成焊接变形,而且降低了母材局部耐腐蚀和物理性能。


焊接变形控制方法

1、焊前预热降低热膨胀系数影响

随着温度的升高热膨胀系数也随之升高,但高于一定温度后(不锈钢>150℃、低碳钢>220℃)增长速率相对放缓。利用这一特性,在施焊前进行焊前预热,预热温度150℃,提前释放大量的母材热膨胀量,以减小其对焊接变形的影响。

厚壁不锈钢管焊接变形原因及控制方法.png 

2、机械加工坡口

厚壁不锈钢管切割及坡口加工通常采用手工等离子切割磨光机加工坡口,该方法现场不易掌握;采取机械切割效率高、易于操作、坡口加工标准。加工标准的坡口不仅易于焊接,而且焊接时热影响区分布均匀。


3、合理控制焊接热影响区

首先要“多点定位对称施焊”,不锈钢管公称直径小于80mm时采用两点定位组对,80~200mm时三点定位组对,大于200mm时四点定位组对;焊接过程中保证对称施焊,使热影响区对称分布抵消变形。其次是控制层间温度,各焊层采取间断焊接,使坡口内温度在下一步施焊前始终控制在200~600℃之间,以减小焊接热影响区的范围。


4、焊后热处理消除焊接应力

不锈钢热处理方法通常采取退火和固溶热处理。固溶热处理的目的是提高耐腐蚀性能;现场通常采用退火热处理以消除焊后残余应力变形,处理温度控制在600℃,恒温10min后缓冷。

厚壁不锈钢管焊接变形原因及控制方法.jpg 

厚壁不锈钢管由于其壁厚的原因,在焊接后矫正变形难度非常大,变形量过大将严重影响其使用性能。通过焊接前预热,焊接时组对和焊接顺序的调整以及焊后的应力消除处理等方法,把焊接变形控制到最小。


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