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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:55

    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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