[发明专利]一种提高不锈钢管内壁焊接接头抗应力腐蚀性能的焊接工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接工艺技术，更具体地说，涉及一种能够提高焊接接头抗应力腐蚀性能的焊接工艺方法。

背景技术

304L是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能(耐腐蚀和成型性)的设备和机件，例如流体管道、锅炉过热器、热交换器、冷凝器、催化管等。在众多的工业用途中，不锈钢都能提供今人满意的耐蚀性能。根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在局部腐蚀(亦即应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀)。这些局部腐蚀所导致的失效事例几乎占失效事例的一半以上。

应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而互生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力(不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之)和特定的腐蚀介质存在。裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时(此处，承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力)，则材料就按正常的裂纹(在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合)而断开。

304L不锈钢管主要采用焊接技术进行连接，不锈钢在焊接过程中承受热循环，在450-800℃温区内停留时沿晶界会析出(Fe，Cr)₂₃C₆碳化物，导致晶界附近Cr含量降低(小于12％)，该区域称为敏化区。在敏化区内，由于晶界上析出了Cr₂₃C₆碳化物，导致在晶界附近形成贫Cr区，对晶间腐蚀非常敏感，易发生应力腐蚀开裂。由于焊接过程的热收缩作用，在钢管内表面的焊缝焊根处通常存在较高值的残余拉伸应力，使得焊接接头更容易发生应力腐蚀开裂，对于大壁厚不锈钢管道，通常采用的方法是局部热处理，但是这种方法只能将残余拉伸应力降低，并不能完全避免应力腐蚀开裂，并且增加了额外的工作量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的焊接工艺方法，通过调整不锈钢管内壁环焊缝焊根部位的应力状态，减小拉伸残余应力，甚至变为压缩残余应力，从而改善焊根部位的抗应力腐蚀性能。

为了解决上述技术问题，实现本发明的目的，本发明通过以下的技术方案予以实现：

在焊接不锈钢管时，前半段采用通常的不锈钢焊丝，而后半段使用低相变点实芯焊丝代替原有不锈钢焊丝，利用低相变点实芯焊丝的低温相变膨胀作用，使得不锈钢管内壁焊根部位产生压缩应力，其原理示意如附图1所示。

具体来说：不锈钢管的打底焊和前半段填充焊使用常规的不锈钢焊丝，其焊接的焊缝占整个焊缝厚度的1/3～2/3，其焊丝选用不锈钢管焊接使用的常规实芯焊丝，例如308L实芯焊丝，其合金成分重量百分比(％)为C＝0.001、S＝0.020、Si＝0.40、Mn＝1.7、P＝0.025、Ni＝9.9、Cr＝20.5、Mo＝0.047，其余为铁；在后半段填充焊和盖面焊中使用低相变点实芯焊丝，其焊接的焊缝占整个焊缝厚度的2/3～1/3，其焊丝选用低相变点实芯焊丝，其所述焊丝组分及重量百分比(％)为：C＝0.02～0.06，Mn＝0.8～2.5，Cr＝9～14，Ni＝4.0～10.0，Mo＝0.1～1.0，Si＝0.1～0.7，Ti＝0.1～0.6，N_b＝0.1～0.6，其余为铁；更加优选为C＝0.02～0.06、Mn＝1.0～1.5、Cr＝11～13、Ni＝7.0～9.0、Mo＝0.2～0.5、Si＝0.2～0.5、Ti＝0.15～0.3、N_b＝0.15～0.3其余为铁。

所述的不锈钢管的焊接工艺方法中焊接坡口角度为10-15°，错口值小于1mm。

所述的不锈钢管的焊接工艺方法，焊接时采用直流正接，焊接电流为80～100A，选用焊嘴直径为12mm，钨棒直径为2.5mm，焊枪氩气流量为9～10L/min。

所述的不锈钢管的焊接工艺方法层间温度150℃～200℃。