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厚壁不銹鋼管焊接變形原因及控制方法

厚壁不銹鋼管應(yīng)用在石化行業(yè)中，會接觸到酸性介質(zhì)，采用不銹鋼材質(zhì)替換碳鋼，以保證鋼管的耐腐蝕性能。但由于種種原因?qū)е落摴芎附雍笕菀鬃冃?，產(chǎn)生應(yīng)力集中等問題，本文來了解厚壁不銹鋼管焊接變形原因及控制方法，減小焊接變形和應(yīng)力的產(chǎn)生，達(dá)到提高焊接質(zhì)量的目的。

焊接變形原因

1、熱膨脹系數(shù)高

奧氏體不銹鋼熱膨脹系數(shù)約為低碳鋼的1.5倍，不銹鋼材質(zhì)受熱膨脹影響更大、更容易產(chǎn)生變形。

2、熱影響區(qū)大

不銹鋼中鉻元素含量較高，鉻的熔點(diǎn)達(dá)1855℃，導(dǎo)致不銹鋼管焊接過程中要求焊接電流更大、熔池溫度更高。厚壁管熔池及填充量更大，焊接層數(shù)多在3層以上，加劇了焊接過程中的變形。

3、焊接應(yīng)力產(chǎn)生

焊縫熔合區(qū)受高溫?zé)嵩吹挠绊懕患眲〖訜岵⑷刍?，而周圍溫度相對較低區(qū)域?qū)θ酆蠀^(qū)產(chǎn)生約束，從而產(chǎn)生應(yīng)力；焊后熔合區(qū)材料冷卻收縮受到周圍區(qū)域不均勻溫度場的影響，產(chǎn)生不均勻的收縮變形，焊接及相鄰區(qū)域形成殘余應(yīng)力。應(yīng)力產(chǎn)生后不僅造成焊接變形，而且降低了母材局部耐腐蝕和物理性能。

焊接變形控制方法

1、焊前預(yù)熱降低熱膨脹系數(shù)影響

隨著溫度的升高熱膨脹系數(shù)也隨之升高，但高于一定溫度后（不銹鋼>150℃、低碳鋼>220℃）增長速率相對放緩。利用這一特性，在施焊前進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度150℃，提前釋放大量的母材熱膨脹量，以減小其對焊接變形的影響。

2、機(jī)械加工坡口

厚壁不銹鋼管切割及坡口加工通常采用手工等離子切割磨光機(jī)加工坡口，該方法現(xiàn)場不易掌握；采取機(jī)械切割效率高、易于操作、坡口加工標(biāo)準(zhǔn)。加工標(biāo)準(zhǔn)的坡口不僅易于焊接，而且焊接時熱影響區(qū)分布均勻。

3、合理控制焊接熱影響區(qū)

首先要“多點(diǎn)定位對稱施焊”，不銹鋼管公稱直徑小于80mm時采用兩點(diǎn)定位組對，80~200mm時三點(diǎn)定位組對，大于200mm時四點(diǎn)定位組對；焊接過程中保證對稱施焊，使熱影響區(qū)對稱分布抵消變形。其次是控制層間溫度，各焊層采取間斷焊接，使坡口內(nèi)溫度在下一步施焊前始終控制在200~600℃之間，以減小焊接熱影響區(qū)的范圍。

4、焊后熱處理消除焊接應(yīng)力

不銹鋼熱處理方法通常采取退火和固溶熱處理。固溶熱處理的目的是提高耐腐蝕性能；現(xiàn)場通常采用退火熱處理以消除焊后殘余應(yīng)力變形，處理溫度控制在600℃，恒溫10min后緩冷。

厚壁不銹鋼管由于其壁厚的原因，在焊接后矯正變形難度非常大，變形量過大將嚴(yán)重影響其使用性能。通過焊接前預(yù)熱，焊接時組對和焊接順序的調(diào)整以及焊后的應(yīng)力消除處理等方法，把焊接變形控制到最小。