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不锈钢 管线焊接在模块化天然气处理厂项目中的应用

来源:至德钢业 日期:2018-12-12 23:54:16 人气:267

奥氏体 不锈钢管线因其具有强度高、塑韧性好、防腐性能好,所以在 工艺管线中得到广泛应用。澳大利 亚液化天然气处理厂项目,位于澳 大利亚西北部的巴罗岛,属A级自然保护区,因此采 取模块化方式进行建造。奥氏体 不锈钢是该天然气处理厂项目工艺管线重要组成部分,本文将 对其焊接性能及焊接方法等进行简要分析。

澳大利 亚液化天然气处理厂项目同时在中国、泰国、韩国、印度尼西亚、马来西亚5个国家 进行模块化建造,海洋石油工程(青岛)有限公 司承建该项目中172个模块,自身总质量约4t,管线长约150km,其中不 锈钢工艺管线长约40km,主要为管廊结构。整个工程项目的设计、建造和 质量控制都按国际先进标准执行,如焊接设计、配管施工需要执行ASMEⅨ和ASMEB31.3标准。

1奥氏体 不锈钢性能与应用

奥氏体 不锈钢具有与低碳钢相当的强度,其塑韧 性明显优于低碳钢。特别是在低温条件下,奥氏体 不锈钢的塑韧性更为突出,基本不存在脆性转变,仅随温度的降低,冲击吸收功稍有降低,如18-8型不锈钢在-196℃时的冲击吸收功可达392J304316均为奥氏体不锈钢,它们的力学性能见表1304316是奥氏 体不锈钢系列中最典型、最常用的钢种,不但强度高,而且低温冲击韧性好,可用于低温工作环境。这2种钢具 有多数奥氏体不锈钢所具有的性能,在大多 数环境中具有良好的耐腐蚀性及加工工艺性。304/304L316/316L不锈钢在澳大利 亚液化天然气处理厂项目中用于模块底层和中层的超低温LNG输送工艺管线,其模块典型图如图1所示。

2焊接性分析

304/304L316/316L不锈钢 与所有奥氏体不锈钢一样,与其他 类型不锈钢相比,其焊接性较好,但是由 于奥氏体不锈钢自身的一些特殊性能,如合金元素含量较高,导致在 焊接时仍然会出现如下问题:

(1)焊接时,热裂纹倾向较大。

(2)焊接接 头抗腐蚀性能降低,如果焊 接材料选择不当,会造成 焊缝的集中腐蚀。

(3)304316奥氏体不锈钢焊接时,焊缝中 往往含有少量的铁素体,奥氏体 不锈钢焊缝中的少量铁素体将使接头的低温韧性恶化,使接头 发生低温脆化现象,而单一 的奥氏体焊缝可以避免接头的低温脆化,同时奥 氏体不锈钢焊缝中如果含有较多的铁素体化元素时,将发生 显著的高温脆化现象。

3焊接方法和焊接工艺

针对上 述奥氏体不锈钢焊接时易出现的问题,主要从 焊接材料的选择、焊接工 艺方法选择方面予以预防和解决。笔者根 据等合金含量原则选用焊接材料,经过查 询相关技术资料和美国焊接学会标准AWSA5.9AWSA5.22选择与304316不锈钢 相应的焊接材料。GORGON项目中 不锈钢焊丝基本采用GTS-308LGFS-316L的氩弧焊丝,这2种焊丝直径为均2.0mm,二氧化碳焊时采用GFS-308LTGS-316L的二氧化碳焊焊丝,这2种焊丝直径均为1.2mm。焊接工艺参数见表2

3.1焊接方法

一般来说,304316这样的 奥氏体不锈钢几乎所有的熔化焊方法都可以采用,如焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩 弧焊和药芯焊丝气体保护焊。对于大 型结构件和管线焊接,熔化焊 是可行且效益较高的焊接方法。但是,由于3043162种奥氏 体不锈钢的线膨胀系数较大,易使焊接变形较大,并且含 有较多合金元素,有些合 金元素很容易烧损。因此,在选择焊接方法时,要求其保护性好,焊接能量比较集中。传统焊 接方法常选用钨极氩弧焊,其原因 是钨极氩弧焊具有以下特点:

(1)惰性气 体不与母材及焊材金属发生任何反应。

(2)焊接工艺性能好,明弧,便于观察电弧及熔池,填充焊 丝是通过电弧间接加热,焊接过程无飞溅,焊缝成形美观,且焊接热输入小,特别适 合薄板和薄壁管件的焊接。

(3)能进行全位置焊接,是实现 单面焊双面成形的理想焊接方法,并能进行脉冲焊接,容易调 节和控制焊接热输入,适合于 薄板或对热敏感材料的焊接。但是,由于钨 极氩弧焊熔深较浅,焊接速度慢,焊接生产率较低,惰性气体价格较高,使生产成本较高。

为克服 钨极氩弧焊的上述缺点,进一步提高生产效率,澳大利 亚液化天然气处理厂项目不锈钢管线焊接通常采用钨极氩弧焊打底,焊条电 弧焊和药芯焊丝气体保护焊进行填充、盖面的组合焊接方法,不但可 以提高生产效率,而且可 以提供很好的保护效果。

3.2焊接工艺

奥氏体 不锈钢焊接时需要注意的问题:

(1)在奥氏 体不锈钢焊接时,应尽可 能地采用短弧焊接,这是由于:一方面 其可以减少或防止TiNbCrAl等合金元素的烧损,另一方 面还可以减少或防止飞溅。

(2)奥氏体 不锈钢焊接时应尽可能地减少电弧的摆动,最好不要横向摆动,采用直通焊,焊接速度尽可能快些。

(3)奥氏体 不锈钢焊接时不可随意引弧,特别要 注意不可在焊件表面引弧,引弧时要有引弧板,熄弧时要有熄弧板。

(4)奥氏体 不锈钢焊接时要仔细地清理坡口,保持表面光洁,每层焊缝清渣要彻底,清渣时 不能用小铁锤乱敲乱打,要用小木锤或橡皮锤,用铜丝刷清渣,不可用钢丝刷清渣。

(5)必要时 要采取强迫冷却措施,例如水冷方式,采用铜 垫板等以降低道间温度。

(6)最后一 道焊缝要尽可能安排在与腐蚀介质相接触的一面施焊。

(7)奥氏体不锈钢焊接时,焊前不需要预热,因为奥 氏体不锈钢的冷裂纹倾向极小,而且为防止晶粒粗化,要求提高冷却速度。

4总结

正是因 为奥氏体不锈钢具有强度高、塑韧性好、耐腐蚀 性和较好的加工工艺性等显著优点,故在GORGON项目中,较多地 采用了这种材质作为工艺管线。

针对奥 氏体不锈钢的产生热裂纹等缺点,在澳大利 亚液化天然气处理厂项目管线施工过程中常采用氩弧焊打底、焊条电 弧焊和药芯焊丝气体保护焊填充、盖面的组合焊接方法,既可以 满足项目对焊接质量等方面的施工需求,又大大 提高了生产效率,该焊接方法在澳大利 亚液化天然气处理厂项目施工中得到了很好的应用。

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