06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐的焊接

范吉明

摘要：文章通过对06Cr19Ni10奥氏体不锈钢焊接性的探讨，分析了06Cr19Ni10焊接接头中常见的焊接缺陷及防止措施，并制定了合理的焊接工艺，采用小电流、小线能量的多层多道焊，对焊接各环节进行严格的质量控制，从而使不锈钢球罐的焊接质量得到了保证。

关键词：06Cr19Ni10；不锈钢；球罐；焊接

中图分类号：TG406文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0086-02

随着我国经济的飞速发展，对各类压力容器储罐的质量要求也不断提高，压力容器储罐的制造技术也随之不断创新和进步。扬子石化的400 m3环氧乙烷球罐是我国第一台06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐，重量32 126 kg，壳体厚度12 mm，设计压力0.5 MPa，壳体内径Φ9 200 mm。球罐属于赤道正切式支撑、混合瓣式单层球罐，由赤道带、上温带、上下极板等4带组成，共有38块球壳板，其中赤道带板16块，上温带板16块，上、下极带板各3块，对接焊缝长度约228 m，焊缝100%无损检测。

06Cr19Ni10属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A）加3%~5%铁素体（F），具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，用于制造压力容器储罐，既能保证储罐的使用强度，又能满足储罐对耐蚀性的特殊要求；但如果焊接材料选择不当或焊接工艺不正确，极易出现应力集中、夹渣、气孔与焊接热裂纹等缺陷。此外，因其导热性能差，线膨胀系数大，焊接变形也较大。

1焊接性分析

06Cr19Ni10不锈钢球壳板是由大连金鼎石油化工机器有限公司制造，单片球皮压制而成，化学成分及机械性能见表1。

由表1可知，其基本化学成分是C：0.044%，Cr：18%，Ni：9.05%。其中Cr是决定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素，因为钢中含铬就能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象，即在表面形成一层致密的氧化膜，从而使钢材具有抗氧化性和抗渗碳性能，并对钢材的机械性能和工艺性能都能起到很好的强化作用。Ni与Cr配合使用时，可使金相组织由单相的铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织，经过热处理，可以提高强度，从而使其具有更强的不锈耐蚀性和良好的形变性能。而P、S为钢中的有害物质，含量稍高就会严重影响钢的塑性和韧性，P能够使钢产生冷脆性，S则产生热脆性。

1.1热裂纹

热裂纹的产生主要是因为奥氏体不锈钢在焊接熔池结晶过程中，导热系数小、线膨胀系数比较大，容易出现晶界偏析，偏析出现的物质多为低熔点共晶和杂质，它们在结晶过程中，形成抗变形能力很低的液态薄膜，最后结晶凝固，当焊接拉应力足够大时，就会发生开裂。由于热裂纹的产生与应力的因素有关，因此，应该正确的选择焊接材料和焊接工艺，采用适当的焊接线能量，严格掌握层间温度，以缩短焊缝金属在高温区的停留时间，尽量降低接头应力，避免应力集中，并采用多层多道焊。

1.2未熔合

产生未熔合的根本原因是焊接热量不够，被焊件没有充分熔化造成的。其原因包括：电流太小，焊速太快，操作不当，起焊时温度太低，坡口及先焊的焊缝表面上有锈、熔渣及污物等。为了防止未熔合现象的出现，焊接过程中应该选择适当的电流（稍大）、焊速（稍慢），正确的极性，注意母材熔化情况，将坡口及前道焊缝上的熔渣及赃物清除干净，起焊时要使接头充分预热，建立好第一个熔池。

1.3夹渣

夹渣主要是由于操作原因，使熔池中的熔渣来不及浮出，而存在于焊缝之中。主要原因包括：焊接电流太小，熔深太小；焊速太快，熔渣来不及浮出；前一层的熔渣清理不干净，接头处理不彻底；坡口处有锈、垢、泥沙等。主要的防止措施有适当调节（加大）焊接电流，控制焊接速度，造成熔渣浮出条件，彻底清理前一焊道的熔渣，彻底清理坡口的油污、泥沙、锈斑等。

1.4未焊透

导致未焊透的原因有间隙过小，坡口歪斜，错边严重；电流过小，焊速过大，电弧偏吹，起焊处温度低；双面焊清根不彻底，坡口根部有锈、油、污垢，阻碍金属很好地熔化。因此，为了有效的防止焊接未焊透，应选择合适的坡口形式，调节电流（稍大）、焊速（稍慢），使接头充分预热，建立好第一个熔池，双面焊清根要彻底，坡口及钝边上的油、锈、渣、垢一定要清理干净。

1.5气孔

出现气孔主要原因有：空气湿度太大；焊条温度太低，焊丝表面不清洁；焊材、母材上的油、锈、水、漆等污物未清理干净；焊速太快，气泡来不及逸出。因此，要严格控制焊条的烘干温度和保温时间；彻底清理坡口及焊丝上的油、锈、水、漆等污物；多层多道焊的各层各道的接头要错开，防止气孔密集；适当增加热输入量，降低焊接速度，以利气泡逸出。

综上所述，应选取正确的焊接材料，制定合适的焊接工艺，严格控制焊接工艺参数，采取合理的焊接顺序，以提高06Cr19Ni10不锈钢球罐的焊缝质量和性能。

2球罐焊接质量的控制

根据现场施工条件，在球罐焊接施工前，应做好必要的准备工作，包括焊接工艺评定、焊工资质确认、焊接设备检验及准备、支柱安装、球壳板检查及组装等，在焊接过程中，焊接材质、焊接顺序、焊接工艺及无损检测制定如下。

2.1 焊材选择

在选择焊接材料时，一般按等强度原则进行选择，既要满足焊接工艺性要求，使接头成分与母材匹配，又要满足强度性能要求。选择使用GTS-308焊丝和A102焊条，其化学成分分别见表2、表3。

2.2焊接顺序

为了使焊接过程中产生的应力分布均匀，减小球罐焊接变形，要做到均匀配置焊工，同时对称焊接，并安排好焊接顺序。焊接顺序的原则是先纵缝，后环缝，先大坡口，后小坡口；顺序为：赤道带纵缝→上温带纵缝→上温带与赤道带环缝→上、下极板纵缝→上、下极板环缝。

2.3焊接工艺

根据焊接性分析，为防止上述焊接缺陷的产生，并减少焊接变形，采用如图1所示的V型对接坡口型式，氩弧焊打底，电焊盖面的多层多道焊接工艺；氩弧焊时在外侧焊接，内部用氩弧把进行充氩保护，氩弧焊内外同步进行；采用小电流、小的线能量。焊接工艺参数见表4。

2.4焊缝质量检验

2.4.1焊后外观检查

焊接过程实行多层多道焊，每道焊缝焊完后，应清除焊缝及两侧的熔渣和飞溅物，焊缝和热影响区不得有焊瘤、咬肉、未熔合、裂纹、咬边、气孔、弧坑及夹渣等缺陷，必要时对焊缝进行局部修整。采用打磨方法去除焊缝表面焊波，打磨后对接焊缝的余高为外表面0~2.5 mm，内表面0~0.5 mm，超高部分应打磨掉。当球罐全部焊缝焊接完成后，应再次对罐体进行尺寸检查，包括球体内径、圆度和焊缝角变形等。

2.4.2焊后无损检测

当焊缝表面形状尺寸及外观检验合格后，再进行焊缝内部检验，检验方法采用100%RT检验，并进行20%UT复验（包括全部T型接头），经无损检测，球罐对接焊缝共拍片2 061张，合格2 046张，一次合格率达99.27%，主要焊接缺陷为夹渣、未熔合等。

2.5焊接缺陷返修

通过无损检测确定焊缝内部缺陷的位置及性质，分析缺陷产生的原因，提出相应的返修方案，并作好焊接返修记录。焊缝的返修执行原焊缝焊接时的焊接工艺，为保证返修焊缝的质量，尽可能减少焊缝的二次返修。对返修及修补后的部位进行无损检测，返修一次性全部合格。

3结语

①拟定的焊接工艺及规程科学、合理，满足有关规范、标准的要求，同时也符合产品设计的技术要求，成功制备了我国第一个06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐。②选用GTS-308焊丝和A102焊条，焊接性能良好，满足06Cr19Ni10不锈钢球罐的设计要求。③采用小电流、小线能量的多层多道焊接，可明显改善和优化06Cr19Ni10焊接接头性能，提高焊接质量。

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