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904L的焊接
1 前言
904L是为解决硫酸的腐蚀而开发应用的超级奥氏体不锈钢,其耐常压下任何浓度、任何温度醋酸的腐蚀,具有优良的耐晶间腐蚀和应力腐蚀能力,其化学成分介于普通奥氏体不锈钢与镍基合金之间,Mo、Cu等合金元素含量较高。为掌握904L的焊接性能,我们对这种材料进行了多次焊接工艺试验,最终确定了合理的焊接工艺参数,并在装置检修中得到了成功应用。

2 904L的焊接特点
2.1 具有良好的耐晶间腐蚀能力
根据“晶间贫铬”理论,当奥氏体不锈钢的碳含量高于0.08%时,在加热过程中,过饱和的碳能以Cr23C 的形式沿晶界析出,很容易造成晶间贫铬,从而降低奥氏体不锈钢的耐晶问腐蚀能力;但当奥氏体不锈钢的碳含量低于0.02% 一0.03%时,则碳全部溶解在奥氏体中,即使在450—850℃之间加热,
晶界也不会形成“贫铬区”而引起晶间腐蚀。由于超级奥氏体不锈钢904L的碳含量小于0.03% ,在焊接时采用较小的焊接热输入,加快冷却速度,与腐蚀介质接触的焊缝最后焊接,基本可以消除晶间腐蚀现象。
2.2 具有较高的热裂纹敏感性
与其他不锈钢相比,奥氏体不锈钢焊接时有较大的热裂纹敏感性,主要与以下几个特点有关:
第一,奥氏体不锈钢的导热系数小,线膨胀系数大,在焊接局部加热和冷却条件下,焊接接头部位的高温停留时间较长,焊缝金属及近缝区在高温时承受较高的拉伸应力与拉伸应变,在冷却过程中可形成较大的拉应力,焊缝金属凝固期问存在较大拉应力是产生凝固裂纹的必要条件;第二,奥氏体不锈钢易形成方向性强的柱状晶的焊缝组织,一些有害杂元素易在晶间形成低熔点的液态膜,从而产生焊缝凝固裂纹。为了防止奥氏体不锈钢焊缝中产生热裂纹,可采取以下措施:①严格控制材料中硫、磷等有害杂质的含量;②采用能够形成焊缝双相组织的焊丝,从而打乱奥氏体柱状晶的方向性,减少了晶间低熔点共晶的偏析量;③采用低线能量、窄焊道技术,提高熔池的冷却速度。
2.3 具有一定的应力腐蚀开裂倾向
奥氏体不锈钢由于导热性差和线膨胀系数大,焊接时会产生较大的焊接拉伸应力,而拉伸应力的存在是应力腐蚀开裂不可缺少的重要条件,在腐蚀介质的作用下,904L的焊接接头有一定的应力腐蚀开裂倾向。有关试验表明,焊接接头过热区对应力腐蚀开裂最为敏感。
3 904L的焊接工艺

2 904L的焊接
3.1 焊接方法
904L焊接通常采用钨极氩弧焊,电弧能量大,热量集中;而且有氩气流的冷却作用,热影响区小,有利于提高焊接接头的抗晶间腐蚀能力,同时焊接质量稳定,焊缝成型好,且无飞溅和熔渣。
3.2 焊接清理与焊接保护
焊接时应注意以下几点:①母材表面和焊丝表面必须清洁,防止污染物熔人焊缝;②高温熔池和高温焊道必须得到氩气的有效保护,防止焊缝金属的氧化。施焊前,我们对试件的坡口两侧2O~30 mm范围内均用砂轮机进行清理,并用丙酮对坡口及焊丝进行擦洗,以去除其表面的杂质及氧化膜等。为保证焊缝背面得到充分的保护,我们用6 2铝板制作了专用背面保护装置。
3.3 焊接工艺试验
焊机型号为川焊ZX7—500STG,焊丝选用同材质904L焊丝,规格为 2.0。钨极采用WC一20型钍钨,规格为 2.0,喷嘴采用 12陶瓷喷嘴。试件规格为‘重,168×7、长125 mm一对,焊接位置采用水平转动。试件坡口采用机械加工方法。管子组对时应使其内壁平齐,对口错边量不应超过管子壁厚的10% ,且不应大于1 mm。气体保护装置应放置在焊缝背面加以固定,背面保护气体应提前通人,并保持相应的流量。焊接工艺参数:焊接方法,GTAW;电源极性,DC+;钨极直径, 2;焊接电流,8O一100 A;焊接电压,10~12V;气体流量,正面:6—10L/min,背面:6—8 L/min;焊接速度,2O一40 cm/min。
3.4 注意事项
焊接时应采用小电流、低电压、窄焊道,快速焊;打底焊时为保证与根部熔合良好,焊缝不能太厚,收弧时要成缓坡形;熄弧时应填满弧坑,如出现收缩孔或弧坑裂纹,必须用磨光机磨掉重焊;因904L热裂纹敏感性较强,多层焊接时必须控制其层问温度不得大于6O℃ 。为加快焊缝的冷却速度,焊后可采用水进行强制冷却。
3.5 焊缝检验
焊接完毕后,我们依据JB4708(钢制压力容器焊接工艺评定》的规定对试件进行了检验。焊缝表面无气孔、焊瘤、凹陷、咬边等缺陷,焊波均匀,焊缝金属与母材过渡圆滑,对焊接试验试件进行100%RT检验,结果符合JB4730(压力容器无损检测》标准的Ⅱ级要求,未发现未熔合、裂纹等缺陷。对试件进行拉伸试验及面弯、背弯试验结果均符合性能要求。
4 应用效果
2005年1O月,在某厂化工车间溶剂脱水塔BT403检修过程中,车间人员发现该设备材质为904L的人口分配管焊缝发生严重腐蚀,需进行修复。我们依据上述工艺参数对接管进行了焊接修复,使用效果良好,该设备运行至今未发生腐蚀现象。
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