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厚壁不锈钢管焊接变形分析及控制方法

作者:不锈钢管编辑 | 发布时间: 2020-05-21 | 次浏览

焊接变形是焊接中常见的质量问题。厚壁不锈钢管由于热传导慢、热变形系数高、熔池填充量大,焊接变形更难控制。摘要:分析了焊接变形的原因,并采取了焊接前、焊接中、焊接后的几种反向变形方法来控制焊接变形,从而保证了厚壁不锈钢管的焊接质量。随着油田油...

焊接变形是焊接中常见的质量问题。厚壁不锈钢管由于热传导慢、热变形系数高、熔池填充量大,焊接变形更难控制。摘要:分析了焊接变形的原因,并采取了焊接前、焊接中、焊接后的几种反向变形方法来控制焊接变形,从而保证了厚壁不锈钢管的焊接质量。

随着油田油气层中二氧化碳、硫化氢等酸性介质浓度的不断增加,高压天然气管道逐渐采用厚壁不锈钢材料(壁厚大于8毫米)代替碳钢管道,以保证管道的耐腐蚀性能。然而,由于不锈钢材料的高熔点、大热膨胀系数、大热影响区等特性,焊接后容易发生焊后变形和应力集中[1]。本文通过分析焊接变形和焊后应力产生的原因,采用抗变形控制方法,减少焊接变形和应力的产生,达到提高焊接质量的目的。

1焊接变形分析

高热膨胀系数

奥氏体不锈钢的热膨胀系数大约是低碳钢的1.5倍,并且不锈钢更受热膨胀的影响并且更容易变形[2]。(65133) 1“低碳钢和奥氏体不锈钢热膨胀系数对照表”。

1.2炎热的影响区

不锈钢含铬13%以上,铬的熔点达到1855,不锈钢无缝钢管这导致不锈钢管焊接过程中焊接电流大,熔池温度高。厚壁管有较大的熔池和填充量,焊接层数超过3层,加剧了焊接变形。(65133) 2焊接热影响区示意图

1.3焊接应力产生

焊缝熔合区在高温热源的影响下急剧加热熔化,浙江不锈钢管厂家而环境温度相对较低的区域则约束熔合区,产生应力。焊接后,熔合区材料的冷却收缩受到周围不均匀温度场的影响,导致焊接及邻近区域收缩变形和残余应力不均匀。应力不仅会导致焊接变形,还会降低母材的局部耐腐蚀性和物理性能。

2焊接变形控制措施

焊前预热降低了热膨胀系数的影响:(65133) 1表明,热膨胀系数随温度的升高而增大,但高于一定温度后(不锈钢> 150,低碳钢> 220),生长速度相对减慢。[4]。根据这一特点,在焊接前进行预热。预热温度为150,母材的大量热膨胀提前释放,以减少其对焊接变形的影响。

加工坡口:不锈钢管道切割和坡口加工通常采用手工等离子切割抛光机加工,现场难以掌握。采用高机械切割效率、易操作和坡口加工的标准。加工标准坡口不仅容易焊接,而且焊接时热影响区分布均匀如图3。

合理控制焊接热影响区:首先应采用“多点定位对称焊接”。当管道公称直径小于80毫米时,采用两点定位组对;当管道公称直径为80 ~ 200毫米时,采用三点定位组对;当管道公称直径大于200毫米时,采用四点定位组对。焊接过程中,应保证对称焊接,使热影响区的对称分布抵消变形[5]。其次,控制层间温度,各焊接层采用间歇焊接,使下一焊接步骤前坡口内温度始终控制在200-600之间,从而减小焊接热影响区的范围

消除焊接应力的焊后热处理:不锈钢热处理通常采用退火和固溶热处理。溶液加热的目的

由于厚壁不锈钢管的壁厚,焊接后的变形很难校正。过度变形将严重影响其使用性能和工艺管道的安装偏差。通过焊前预热、焊中调整装配和焊接顺序、焊后消除应力,将焊接变形控制在最小。在实施过程中,还要求技术人员和操作人员密切配合,及时统计和分析数据,合理制定施工方案,因地制宜,综合控制构件焊接变形,以生产出更加完善的产品。