不锈钢复合钢（共7篇）
不锈钢复合钢 篇1
引言
焦炭塔是炼油厂延迟焦化装置中的核心设备, 长期在475℃高温及充焦和除焦的冷热疲劳作用下运行, 属二类压力容器。主体材质为15Cr Mo R、15Cr Mo R+410S (22+3mm) , 塔体由一定数量的成型板片组成, 通常均由制造厂在车间成型后运至现场进行组焊。设备上段材料为15Cr Mo R+410S不锈钢复合钢板, 如何在现场的有限的设备和技术条件下保证15Cr Mo R+410S不锈钢复合钢的堆焊质量, 是现场组焊过程中焊接施工的重点和难点。
一、不锈钢复合钢堆焊质量影响因素
按照因素分析法分析, 我们得出影响焦炭塔堆焊质量的因素主要有:人员、设备、材料、工艺方法和焊接环境五个方面, 简称“人、机、料、法、环”五因素。
二、影响不锈钢复合钢堆焊质量的因素分析以及控制措施
1. 人--施焊操作人员
由于采用现场手工电弧焊堆焊的方法, 因此焊工的操作技能和质量意识对保证焊接质量至关重要。若焊工施焊时质量意识差, 操作粗心大意, 不遵守焊接工艺规程, 或操作技能低下、技术不熟练等都会直接影响焊接的质量。因此可对施焊人员采取以下质量控制措施:
⑴认真执行焊工考试制度, 坚持焊工持证上岗。
⑵加强对焊工进行的质量意识教育, 提高他们的责任心。
⑶定期对焊工进行岗位培训, 提高其理论水平和操作技能水平。
⑷严格焊工焊接工艺规程, 加强焊接工序的自检与专职检验人员的检查。
2. 机--焊接机器设备因素
焊接设备性能的稳定性与可靠性直接影响到焊接质量。因此在使用前必须进行检查和试用, 以保证其性能符合焊接要求。包括以下相关措施:
⑵做好设备进场前的检查和验收。
⑶专人定期对焊接设备维护、保养和检修。
⑷定期检查焊接设备上的的各种仪表, 保证其准确性。
⑷建立焊接设备使用台账, 严格登记使用程序。
3. 料--焊接材料因素
焊接材料如焊条、焊丝、焊剂, 保护气体是保证焊接质量的基础和前提。因此要正确选用焊材并进行检验验收、保管以及发放使用等措施。
(1) 选材
焦炭塔15Cr Mo R+410S不锈钢复合钢的现场堆焊接质量控制的关键问题在于处理好过渡层的焊接。根据舍夫勒组织图计算可知, E309L焊条、Ni182焊条, 这两种焊条均满足抗裂性要求。Ni182焊条熔敷金属的膨胀系数与15Cr Mo R膨胀系数接近, 可以保证复层焊缝不易剥落, 防止熔合区内的碳迁移, 满足焦炭塔工作条件苛刻, 承受疲劳载荷的要求, 有利于焦炭塔长周期稳定运行。因此, 尽管Ni182焊条价格比E309L高, 在施工中我们仍选择Ni182焊材。
(2) 检验验收、保管以及发放使用
对其为了保证焊接质量, 焊接材料的验检验验收、保管以及发放使用监管很重要。质量控制主要有以下措施:
加强焊接原材料的进厂验收和检验, 并对其理化指标和机械性能进行复验。
建立严格的焊接材料管理制度, 防止储备时焊接混用, 回潮以及污染。
焊接过程中做好焊材的烘烤、发放、回收登记记录, 对焊接材料质量的追踪控制。
4. 法--焊接工艺方法因素
工艺方法的合理选择对焊接质量有着至关很重要的作用。主要表现在两个方面, 其一是工艺的合理选择;其二是在焊接过程中对工艺的严格执行, 这也是在焊接过程中最难控制的因素。
(1) 焊接方法
结合现场施作业条件有限等实际情况, 同时考虑到焊条电弧焊容易控制焊缝的熔合比, 有利于过渡层的焊接, 故决定选用焊条电弧焊进行焊接。
(2) 工艺评定
焊接前按JB4708进行焊接工艺评定。检查项目包括:渗透、弯曲、化学分析和金相分析。
(3) 堆焊质量控制措施
堆焊开始前, 应将基层表面打磨清理干净, 并露出金属光泽。
为了减小基层对堆焊层的稀释, 应尽量采用较小的焊接电流、较大的焊接速度, 以减小焊缝的稀释率, 因此必须控制焊接热输入不能过大。
多层多道堆焊时, 应控制层间温度低于60℃, 防止焊缝层间温度过高而导致抗腐蚀性能下降。
根据工艺评定结果, 制定堆焊工艺 (见表1) 并在焊接过程中严格执行。
堆焊完毕后, 堆焊层可不进行热处理, 但基层材料较厚时, 需进行消应力热处理。基层选用热处理参数时应考虑到对复层耐蚀性能的影响, 过渡区组织不均匀性及异种钢物理性能的差异。根据焊接工艺评定结果, 采取690℃的高温回火, 保温2小时。升、降温速度均≤200℃/h, 300℃以下不控制升、降温速度。
5. 环--环境因素
影响焊接质量的环境因素有很多如温度, 湿度、风力、沙尘及雨雪天气等, 由于现场堆焊时采用室外露天进行, 受到外界自然条件的影响更加大。所以, 必须制定相应措施如采用防风、挡雨棚等。当焊接现场环境不符合规定时, 如风力较大, 风速大于四级, 或雨雪天气, 相对湿度大于90%时, 应停止焊接工作。或继续采取其他措施直至满足要求后方可再进行焊接。否则不得进行焊接作业。
结束语
在焦炭塔现场组焊不锈钢复合钢堆焊施工实践中, 通过15Cr Mo R+410S不锈钢复合钢堆焊前对影响其焊接质量的五个方面因素的分析, 并采取的相应控制措施可有效的提高焦碳塔的不锈钢复合钢堆焊质量和焊接效率, 焦炭塔投产后设备运行安全、正常。
参考文献
[1]JB4708钢制压力容器焊接工艺评定.
[2]GB150钢制压力容器.
[3]斯重遥焊接手册 (第2卷) [M].北京:机械工业出版, 1992.
不锈复合钢焊接试样的制备与检验 篇2
不锈复合钢常采用碳钢或合金钢做基层, 不锈钢做复合层, 两层中间为爆炸焊结合成形[1]。基层中合金元素Mo、Cr、V、Si等含量较少, 复合层中Cr、Ni等合金元素含量较大, 故其结构不同于一般合金钢。不锈复合钢既有基层钢材的强度又有复合层不锈钢的耐腐蚀性能, 常用于特殊设备的制造材料。
不锈复合钢焊接前将进行焊接工艺评定试验[2], 根据不锈复合钢焊接特点, 试样的制备与检验应区别于常规取样方式。
2 焊接试样制备与检验
2.1 焊接试板坡口形式
焊接试板选用3mm厚不锈钢做复合层, 22mm厚低合金钢做基层, 中间结合面为爆炸焊成形的不锈复合钢。焊接试板用等离子切割下料, 切割完成后进行坡口机械加工。为保证复合层的焊接结和强度和耐蚀性能, 基层与复合层分别采用不同的加工尺寸, 见图1。
2.2 基层焊接
焊接试板规格为500×300×25mm, 焊接前先用氧乙炔火焰对试板坡口进行200℃预热, 采用多层焊, 基层焊接后不得有缺陷, 如图2。
2.3 复合层焊接
复合层的堆焊常选用奥氏体焊条, 其熔敷金属具有良好的高温耐蚀性, 堆焊层应高出复合层表面1mm～2mm, 焊接时采用多层多道焊, 焊接前对试板坡口进行200℃预热, 复合层焊接后试板最终完成, 如图3。
2.4 试样制备与检验
2.4.1 拉伸试样的制备与检验
在图3焊接试板上去除焊缝余高, 经机械加工后的拉伸试样应是包含基层和复合层的金属焊缝试样。试样经万能试验机拉断, 测得强度值要符合技术条件规定, 并且断裂部位有效, 如图4所示。
2.4.2 弯曲试样的制备与检验
在去除焊缝余高的试板上制备弯曲试样, 规格为220×25×10mm。在万能试验机上采用180°弯曲, 弯曲后外表面上所有焊缝应无裂纹缺陷, 见图5。
2.4.3 冲击试样的制备与检验
由于复合层冲击韧性好, 冲击试样的取样应剥离掉复合层, 只从基层焊缝一侧取, 加工后的冲击缺口应位于图6所示位置, 试样冲断后冲击功应符合技术条件要求。
3 应注意的事项
针对不同的检验项目要求制备不同的试样, 拉伸试样和弯曲试样应采用包含复合层与基层的全焊缝金属试样, 冲击试样则只提取基层一侧的焊缝试样。如果增加其他检验项目, 试样的制备仍需分清基层与复合层的不同。
所有检测数据应与技术要求加以对照, 具体检验方法根据国家标准进行。
参考文献
[1]史长根.压力容器用爆炸焊接复合板界面剪切强度标准研究[J].压力容器, 2007 (02) .
不锈钢复合钢 篇3
切边机组上卷系统的基本数据:钢卷0.4～8.0 mm,宽度1 500～2 100 mm,重量40 t;钢卷内径762 mm,外径1 000～2 200 mm;小车行走距离9 m, 行走速度6 m /min;提升速度3 m /min。
1 系统结构
在钢卷上卷区域设置一个远程I/O站,该远程站通过Profibus-DP与全线PLC相连,钢卷小车区域的所有模拟量检测元件(超声波传感器、钢卷小车比例阀、压力传感器、位移传感器等)和开关量检测元件(光电传感器、钢卷小车的切断阀、小车运行限位开关、接近开关等)均通过此远程站利用Profibus-DP总线与PLC相连,PLC通过以太网与生产线的L1和L2系统通信。控制钢卷小车进退和升降的绝对值编码器采用同步串行接口(SSI)直接与PLC主机相连。系统结构见图1。
2 上卷自动控制
超声波测距仪测得钢卷直径后,PLC系统控制钢卷小车的升降运动,使钢卷的水平中心轴线与开卷机卷筒的水平轴线重合;同时光电传感器测得钢卷的宽度后,PLC控制钢卷小车的水平运动,将钢卷自动、平稳地放在开卷机卷筒上,使钢卷宽度中心线定位在机组中心线上,完成钢卷的自动上卷。
上卷自动控制的核心是准确测量钢卷的直径和宽度,上卷的准确度取决于钢卷直径和宽度的测量精度。
2.1 测径工作原理
超声波测距仪由信号源、放大器、超声波发生器(声源)、接收器、滤波器、处理器、测时装置和气压传感器组成[1]。其工作原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知,测量声波在发射后遇到钢卷反射回来的时间,然后根据发射和接收的时间差计算发射点到钢卷顶部的实际距离[2]
d= cos α/2×Vs×t (1)
式中,α为超声波接收器接收的反射波与发射的发射波之间的夹角,钢卷表面平滑时夹角α不存在,即cos α/2=1,只有钢卷表面凹凸不平时,夹角α才存在;t为测量距离d传播的时间差(为从发射到接收时间数值的一半);Vs为超声波在空气中的传播速度。Vs与环境温度T的关系如下:
Vs =331.4+0.61×T (2)
式中, 331.4为0 ℃时超声波在空气中的传播速度,m/s;0.61为温度每升高1 ℃时,超声波在空气中传播速度的增加量,(m·s-1) /℃[3]。
将超声波测距仪安装在高度为h的测量框架上,其中心在钢卷小车的运输中心线上,图2给出了利用超声波测距仪测量钢卷直径的原理。根据式(1)得到d后,再利用式(3),计算钢卷直径
D=h-h1-h2-d+k (3)
d—钢卷顶端距测量框架的距离;h—超声波测量装置的安装高度;h1—钢卷小车辊道的实际行程;h2—在h1为0时即小车无行程时的钢卷小车的初始安装高度;H—开卷机卷筒水平中心轴线的安装高度;D—钢卷直径;k—V型托辊上根据测定的钢卷直径所对应 的校正值
2.2 测宽工作原理
将光电传感器的发光器和收光器分别安装在钢卷运行通道的两侧,机组运行时,发光器持续发出红外光,在无钢卷通过时收光器一直能接收到发光器发出的红外光[4]。当钢卷通过时,发光器发出的红外光被遮挡,收光器不能接收到红外光,则光电传感器的光电开关动作,同时输出控制信号,接通控制回路负载电流,计时器开始计时并记忆编码器的当前位置。当钢卷通过后,收光器再次接收到发光器发出的红外光,光电传感器的光电开关再次动作并输出控制信号,切断负载电流,同时计时器停止计时并记忆编码器的当前位置,整个测宽工作完成。
根据上述原理,利用式(4)计算钢卷宽度
W=LcarN (4)
式中,Lcar为钢卷小车水平运动时,编码器旋转一圈时小车的行程;N为光电传感器收光器两次接收到红外光之间的间隔时间内编码器旋转的圈数。
2.3 上卷自动控制的实现
上卷自动控制实现钢卷的自动对中和钢卷宽度的自动定位。
计算出钢卷直径后,根据式(5)(参见图2)计算小车应提升的高度h1。
h1= H -D/2 -h2 (5)
然后通过由钢卷小车升降机上的编码器、油缸提升比例阀、切断阀和PLC构成的闭环控制系统,控制小车的提升高度,使钢卷的水平中心轴线与开卷机卷筒的水平轴线重合,为测宽并根据测宽值将钢卷准确放置在开卷机卷筒上做好准备。
钢卷宽度自动定位原理如图3所示(图中±150 mm为CPC对中框架机构的移动范围)。利用式(4)得到钢卷宽度后,根据式(6)计算钢卷放在开卷机卷筒上后钢卷边缘距开卷机支撑架内边缘的距离
X2 =s - W/2 (6)
式中,s为开卷机卷筒中心距开卷机支撑架内边缘的距离 (调试阶段为现场测量后的准确值)。
然后再通过安装在钢卷鞍座下的位置传感器、位于钢卷小车水平行走方向的绝对值编码器、小车运行限位开关和接近开关以及PLC构成的闭环控制系统,控制小车的水平运行距离X1(即开卷机支撑架内边缘到钢卷的距离),最终使钢卷小车将钢卷放置在开卷机卷筒上,并通过开卷机前的CPC(对中控制装置),使钢卷宽度中心线与机组中心线重合,实现钢卷宽度的自动定位。
3 测径和测宽精度的影响因素
为了提高自动上卷的准确性,设计中必须考虑影响测径和测宽精度的因素。在实际生产过程中,影响测径的主要因素是安装超声波测距仪的周围环境和机械设备本身;影响测宽的主要因素是编码器的安装位置和小车车轮的机械设计方式等。
3.1 测径
(1)环境
超声波的环境影响因素是:空气的温度、湿度、气压和风速。在实际工作中我们发现,这四项影响因素中,温度是最主要的影响因素,湿度、气压和风速虽然对测量有一些影响,但对于测量精度来说,其影响微乎其微,可以忽略不计。
温度的影响通过前面的式(2)可以看出,20 ℃时的声速相对于0 ℃时改变了3.69%,即测量的距离改变了3.69%,因此在设计中选用带温度补偿的超声波传感器,通过仪器本身的补偿装置就可以消除温度对测量值的影响[5]。
(2)机械设备
机械设备的影响因素主要来自钢卷小车上的“V”形托架倾角和钢卷卷径。
“V”形托架倾角将直接影响钢卷直径的测量值。在测量同一卷钢卷直径时,如果“V”形托架的倾角过小,则钢卷下边缘距托架底部的距离较大,钢卷被架空在“V”形托架内,通过超声波测距仪测得的卷径就比实际值小;如果“V”形托架的倾角过大,容易导致钢卷放置不稳造成脱卷事故。而当“V”形托架的倾角一定时,如果钢卷卷径太小,则置于“V”形托架内的部分钢卷占钢卷总尺寸的比例较大,实测出的钢卷直径也会偏小。
为解决上述问题,在机械设计中,我们将“V”形托架的倾角设计在(30±1)°,以保证钢卷放置稳妥。同时在上卷调试过程中,我们对不同卷径的钢卷测得的实际卷径数据进行筛选和分析,获得一组测径校正值。在自动测径过程中对于不同卷径的钢卷采用与之对应的校正值,校正因“V”形托辊的倾角和钢卷卷径因素造成的测径误差。
3.2 测宽
(1)编码器
在以前的设计中,编码器有的安装在高速轴上,有的安装在低速轴上。通过实践比较,我们发现若安装在高速轴上,由于机械设备存在机械间隙,因此编码器的测量值与实际值存在偏差,偏差与机械间隙基本一致。为避免此误差,可在调试过程中使编码器零位与机械零位重合,并在每次起车循环时将机械间隙重新置位,且每隔一定生产周期对编码器作零位置位处理,这样可以人为消除误差源。而安装在低速轴上就不会存在以上问题。所以在本条线的设计中,我们将编码器安装在低速轴上,这样最大限度地避免了由机械间隙引起的测量误差。
(2)小车车轮
根据以往的设计经验,在设计时应根据小车行走空间将小车车轮直径设计得足够大,若直径太小,车轮极易打滑,这时编码器的码盘虽在计数但实际上小车却并没有行程或行程缩水。
另外小车车轮在轨道上运转,与轨道接触时存在弹性变形,从而影响小车的位移精度,其影响量是宽度精度的0.02%。该数字初看觉得影响不大,但因为小车常年在辊道上运行,影响值具有累积性,因此长期工作后这种影响就不能忽略了。
为此,我们在小车车轮轴上安装了一个齿轮,该齿轮与地面上的齿条啮合,实现了小车的准确定位,从而完全消除了由于上述原因产生的测宽误差。
4 应用效果
该不锈钢切边机组投产以来,系统运行良好,与传统上卷方式相比自动上卷的优点体现在以下几点:
(1)每卷钢的上卷时间缩短了近7 min,加快了生产节奏,极大提高了生产效率;
(2)加大了生产设备的科技含量,提高了上卷精度,使钢卷的上卷误差控制在1 mm以内;
(3)从未发生钢卷与卷筒的碰撞事故,提高了产品的表面质量;
(4)上卷工作仅由一个操作工即可完成,降低了人员成本。
切边机组钢卷自动上卷系统获得成功后,又逐步在冷轧不锈钢的光亮线和横切线上成功进行了推广和应用。
摘要：2006年太原钢铁(集团)公司冷轧厂不锈钢宽幅带钢切边机组自动上卷系统,采用超声波测距仪和光电传感器测量钢卷的直径和宽度,精度可达±1 mm。根据测得的直径和宽度,利用PLC和检测元件构成的闭环控制系统实现了钢卷的上卷自动控制。与传统的人工上卷系统相比,自动上卷加快了生产节奏,提高了生产效率,避免了设备的碰撞和伤人事故,提高了设备的成材率。
关键词：不锈钢,上卷自动控制,测宽,测径
参考文献
[1]张元良,吕艳,王建军.智能仪表设计实用技术及实例[M].北京:机械工业出版社,2008:183-185.
[2]周四春,吴建平,祝忠明.传感器技术与工程应用[M].北京:原子能出版社,2007:209-213.
[3]马学鸣.传感器应用技术[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2006:142-146.
[4]贾伯年,俞朴,宋爱国.传感器技术[M].南京:东南大学出版社,2007:177-200.
不锈钢复合钢 篇4
给水用缩合式衬塑钢管是我国近年来发展的新颖建材, 采用机械缩径方式将外层焊接钢管与内层塑料管复合;管道按输送流体温度不同可分为冷水型 (0~55℃) 和热水型 (0~95℃) 两种。与传统工艺生产制造的钢塑管相比, 较好地解决了钢塑分层、钢塑线膨胀系数不一致而产生的一系列问题, 从而使产品具有卫生、耐压、耐腐蚀、阻力小、隔热保温、连接方便可靠、使用寿命长等特点。可广泛用于建筑给水、中水系统;热水、空调循环水、采暖系统;消防喷淋系统;工业用水、设备循环水系统;给水用缩合式衬塑钢管的连接方式通常采用丝扣连接、沟槽管件连接、法兰连接, 在钢管道工程中得到越来越广泛的应用。
2 不锈钢钢环焊接连接工艺原理
不锈钢钢环焊接连接是用焊条将不锈钢钢环连接在衬塑钢管端部, 并进行焊缝处二次衬塑和涂塑, 然后再通过焊条将不锈钢钢环与不锈钢钢环进行焊接, 从而实现缩合式衬塑钢管的连接。
3 不锈钢钢环连接优点
3.1 连接可靠、耐压力高
不锈钢钢环连接是通过将不锈钢钢环与衬塑钢管端头焊接, 然后再进行钢环与钢环焊接;管材与管件之间、管件与管件之间焊接成为了整体, 耐压能力非常高, 系统的工作压力比丝扣连接、沟槽管件连接、法兰连接的高。
3.2 防腐卫生
不锈钢钢环连接是通过将焊缝处的烧焦层打磨处理, 进行二次加热衬塑及涂刷环无溶剂双组分环氧树脂涂料, 并通过不锈钢钢环过度。所以, 能保证管道的净洁度, 从而使水质不受污染。
3.3 安装方便、可靠
不锈钢钢环连接是通过现场下料后, 即可进行连接;不存在法兰连接时, 测完尺寸后再进行加工、衬塑, 影响工期和成本;由于此种方法是焊接后再进行修复, 所以安装质量可靠。
4 适用范围
本工艺适用于管径≥DN100的内衬聚乙烯 (PE) 的缩合式衬塑钢管连接, 即采用不锈钢钢环焊接连接, 管道内部衬塑层采用专用修复粉末加热修复。
5 专用修复剂的确定
本工艺选用聚乙烯 (PE) 及无溶剂双组分环氧树脂涂料作修复剂;聚乙烯 (PE) 粉末采用加热熔化修复, 无溶剂双组分环氧树脂涂料采用涂刷修复。
6 安装前的准备
1) 准备好所需的工具及材料:角向磨光机、电动内磨机、电焊机、焊丝、焊条及焊钳、足量的棉纱或废纱布、砂轮切割机或断管器、加热用的喷灯或喷枪、砂纸等。
2) 阅读厂家提供的安装说明书, 为安装进行技术准备。
7 施工工艺
断管→坡口打磨→不锈钢钢环焊接→打磨处理→衬塑层修复→焊缝及钢环涂刷无溶剂双组分涂料
8 焊接不锈钢钢环
不锈钢钢环连接分两种情况:一种是衬塑钢管在出厂前就已经将不锈钢钢环 (不锈钢钢环长度一般在120mm左右, 壁厚与缩合式衬塑钢管壁厚一致) 焊接在了管道两端, 在施工过程中只需将钢环与钢环对齐直接焊接;另一种情况是衬塑钢管管端需要焊接不锈钢钢环 (不锈钢钢环长度一般在120mm左右) , 焊接完成后经内部衬塑层修复, 再将钢环与钢环对齐直接焊接。图1是不锈钢环及焊接示意图。
8.1 对于第一种情况
首先将出厂前已经焊在管道两端的不锈钢钢环对齐的校直;按照不锈钢焊接工艺要求, 根据管径或管壁厚度, 打磨坡口或预留1~3mm间隙 (壁厚3mm以上需打磨V型坡口, 坡口角度30~350°) ;在距离焊缝50~100mm处, 用潮湿的毛巾做降温维护, 焊接时先用氩弧焊打底, 后用电弧焊盖面 (即氩电联焊) ;焊接完成后, 焊缝经打磨平整后待试压。图2是V形坡口形式。
8.2 对于第二种情况的衬塑钢管与不锈钢钢环焊接技术
8.2.1 断管
根据生产厂家技术资料的要求, 镀锌衬塑钢管切割断管通常是采用手锯、电动锯等工具断管, 当采用电动盘锯切管时, 其转速不得大于800r/min, 且保证断口端面与管材轴线垂直, 并注意不能损伤和过分向内挤压塑料层。在以往的工程中我方多次尝试使用手锯, 但手锯效率低, 切口断面容易倾斜, 只能适应局部少量使用, 不能满足大批量施工, 大批量切割只能使用电动锯床;但在采用衬不锈钢钢环连接时也可以采用砂轮切割机, 因不锈钢钢环与钢管焊接时本身就会对管道内部的衬塑层进行熔化, 所以我方在施工中经常使用砂轮切割机进行断管。但在采用丝扣连接、沟槽连接时禁用此方法切割, 因砂轮切割机在切割钢管时会产生大量的热量, 导致内层的衬塑层熔化, 与钢管内壁脱落或开裂。
1) 使用砂轮切割机或断管器按需断管, 注意保证管材端面平整。
2) 使用角向磨光机将断口处的毛刺、飞边清理干净。
8.2.2 不锈钢钢环与管道之间的焊接
1) 将切割完成后管道端口使用锉刀或砂轮磨光机将金属毛边修光。
2) 根据管径或管壁厚度, 打磨坡口或预留1~3mm间隙 (同第一种情况相同) 。
3) 将不锈钢环与管材对接。可采用管外壁用铰链卡圈式对口工具 (见图3) , 但在现场施工中施工经验丰富的技术人员采用手动对口, 使用眼睛进行对直 (对接方法与普通镀锌钢管对口方法基本相同) 。
4) 调整不锈钢钢环位置, 使不锈钢钢环与管材管口对齐并在1条直线上, 然后点焊牢固。
5) 将浸湿水的棉纱塞入管材端部 (降温) , 采用氩弧焊打底电弧焊盖面的方法焊接不锈钢钢环与衬塑钢管。焊口宜全部采用A309不锈钢焊条焊接为最佳, 从经济方面考虑, 也可用不锈钢焊条焊接复合钢管的不锈钢接合处, 即作打底, 再用碳钢焊条焊接。这种方法对电焊工人的技术能力有较高的要求。每层焊接后要注意检查焊口, 发现有裂纹后应用角磨机清理重新进行焊接。
6) 最后将降温棉纱取出, 将管道清理干净。
8.3 衬塑层修复补口
衬塑钢管内部衬塑层烧焦部分采用专用修复粉熔融二次修复补口 (不包括不锈钢钢环及焊缝) 。
1) 衬塑钢管衬塑层修复前, 首先对补口区域的钢管内表面进行预处理;用电动磨光机、钢丝刷以及铁砂纸去除铁锈、PE烧焦层及其他杂物, 并使金属表面的粗糙度达到GB/T 8923中规定St3级 (钢材表面应无可见的油脂和污垢, 并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。除锈等级应比St2更为彻底, 底材显露部分的表面应具有比较明显的金属光泽) ;焊接时飞溅形成的尖点应修平, 管端补口搭接范围内的衬塑层应打毛;并将管道内部衬塑层端口打磨出1个斜度, 以利于聚乙烯 (PE) 熔层与原衬塑层搭接。
2) 补口时采用电热烘枪或瓦斯喷枪对整个修复区域进行加热, 加热区域的宽度控制在距焊缝50mm范围内, 当加热区域温度达到250~280℃时, 应速将聚乙烯 (PE) 粉末均匀喷撒在修补表面, 并达到原衬塑层厚度, 待聚乙稀塑粉熔化后用瓦斯喷枪或电热熔烘枪短暂热溜至塑层表面光滑, 整体无裂缝无破损点;补口区域聚乙烯 (PE) 粉末熔层与管材原来的衬塑层必须有搭接层。
(1) 聚乙烯 (PE) 粉末熔融补口操作方法
第一步, 先对衬塑钢管焊接热影响区域采用电动磨光机、电动内磨机、钢丝刷和铁砂纸等工具去除铁锈、PE烧焦层及其他杂物 (热影响区域约在3~5cm) , 见图4.
第二步, 对衬塑钢管焊接位置进行加热处理, 加热的区域的宽度控制在距焊缝50mm范围, 见图5。
第三步, 管道温度加热到250~280℃时, 均匀喷撒专用修复粉末在修补表面, 修复的范围是焊缝至衬塑钢管侧, 焊缝至不锈钢钢环侧待最后涂刷无溶剂双组分环氧树脂涂料, 见图6。
第四步, 等待固化, 见图7。
第五步, 最终成型, 见图8。
(2) 涂刷无溶剂双组分环氧树脂涂料
因聚乙烯 (PE) 粉末熔化层与不锈钢材料链接性非常差, 所以聚乙烯 (PE) 粉末修复部位是以焊缝为限, 不得进行聚乙烯 (PE) 粉末修复;内衬塑层和不锈钢接口处的修补需涂刷无溶剂双组分环氧树脂涂料, 防止焊缝处返锈影响管道修复质量, 见图9。
此步骤也是非常关键的环节, 如果焊缝位置防腐不到位, 将出现如图10所示的质量问题, 从而影响聚乙稀修复层与钢管粘接面脱落, 造成整根管道衬塑层的脱落。
9 注意事项
1) 聚乙烯粉末应包装在薄膜袋内, 贮存时应远离火源, 隔热, 仓库内应保持干燥、整洁, 严禁混入任何杂质, 严禁日晒、雨淋;严禁与易燃的芳香烃、卤代烃等有机溶剂混运。
2) 涂塑现场要保持干净, 并且通风良好, 施工时要有监护人。涂塑前先进行干燥、除尘后即可进行表面喷涂工作。
3) 在整个施工过程中, 必须正确穿戴劳保用品, 如工作服、口罩、手套等。
4) 由于修复粉末是采用加热进行熔化, 所以施工时需采取防火措施。
5) 施工过程要避免在雨天及大风中进行。
6) 衬塑钢管的贮存条件是应平直堆放在阴凉处, 并运离热源、火, 不允许长期堆放在室外阳光直射和严寒场所。
参考文献
[1]CECS 125:2001建筑给水钢塑复合管管道工程技术规程[S].
[2]GB/T 28897-2012钢塑复合管[S].
[3]B 50235-2010工业金属管道工程施工规范[S].
不锈钢复合钢 篇5
UNS S32750是一种强度及抗腐蚀能力较强的双相钢, 它具有较强的抗氯化物腐蚀能力, 较高的导热性和较低的热膨胀系数。较高的铬、钼及氮含量又让它具有很高的抗斑蚀、裂隙腐蚀及一般腐蚀的能力。主要用于化学加工、石油化工和海底等设备。
UNS S31254是一种高钼, 高铬, 高镍, 含氮超级奥氏体不锈钢。同常规不锈钢相比, 具有极其优良的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀的性能, 又具有极其优良的抗应力腐蚀破裂的性能的优势。主要用于海水淡化、石油生产、食品加工、化工处理、纸浆和纸厂的漂白系统、烟气脱硫塔以及大型的石油蒸馏塔等设备。
两种母材化学成分及机械性能见表1~表4。
中石化在沙特某项目中首次接触此类异种钢焊接并要求100%射线检测。由于工期紧, 加之阿美审批程序繁多、周期较长, 故快速准确确定其焊接工艺对项目执行至关重要。
2 焊接性能分析
2.1 双相钢UN S32750焊接性能
双相钢S32750焊接时产生冷裂纹的敏感性较小, 易产生热裂纹, 最主要的问题是焊接过程中如何保证焊缝的耐防腐性能及低温冲击性能。焊接接头的相比例及金属间相是影响耐防腐性能及低温冲击性能的关键因素, 所以必须制定合理的焊接参数和层间温度, 控制好冷却速度来保证合理的相比例, 减少金属间相产生。另外, 保持焊缝洁净, 防止铁离子污染也是保证抗腐蚀性能的关键因素。
2.2 超级不锈钢UNS S31254焊接性能
首先, 由于S31254奥氏体不锈钢具有导热系数小, 线膨胀系数大, 在焊接局部加热和冷却条件下, 焊缝处在高温的停留时间较长, 焊缝金属及热影响区在高温时承受较大的拉应力和拉伸应变, 冷却时会形成较大的拉应力, 这种拉应力容易产生凝固裂纹.在防腐介质作用下, 也会出现腐蚀开裂倾向;其次, 在焊接过程中, S31254也容易形成方向性很强的柱状晶焊缝组织, 一些杂质气体容易在晶间形成熔点低的液态薄膜, 这也是容易产生凝固裂纹的主要原因。
3 焊接工艺
母材UN S32750和UN S31254均为Φ60.3×3.91mm管
3.1 焊前准备
坡口采用机械加工, 坡口周围25mm之内除油并打磨干净。坡口形式如图1:
3.2 焊材选择
选用瑞典ESAB公司ER Ni Cr Mo3焊丝, 经光谱检测其化学成分见表5。
满足ASME Section II Part C SFA-5.14要求。
3.3 焊接工艺参数
常温下一般不需要预热, 当环境温度低于-5℃时, 需要将焊缝两侧100mm范围内预热至10~15℃, 预热过程要温和均匀。焊接时试件两端和焊缝用胶带完全封堵并充氩, 用气体检测仪检测试件中氧气含量, 当氧气含量低于0.05%时开始焊接, 焊接过程中要全程持续充氩并保持氧气含量一直处于0.05%以下。见表6。
4 试验数据
4.1 外观及射线检测
经第三方焊接检查员检查, 外观成形较好, 无明显缺陷, 射线检测符合ASME IX要求。
4.2 拉伸试验
根据ASME IX在00和1800位置进行拉伸试验, 试验结果合格。数据如下表7:
4.3 弯曲试验
根据ASME IX分别在450, 1350, 2250, 3150位置进行180度弯曲试验, 试验结果全部合格。数据见表8。
4.4 冲击试验
根据ASMT A923-B在-400进行冲击试验, 试验结果见表9。
4.5 硬度测试
根据ASTM E384-11对两种母材、热影响区及焊缝进行硬度测试, 硬度值详细位置及数据见图2。
4.6 腐蚀试验
根据ASTM A923-08测试方法A在40%氢氧化钠腐蚀试验, 试验数据下图3, 试验结果合格。
4.7 铁素体含量测量及金相观察
根据ASTM E562-11在40%氢氧化钠溶液中进行铁素体含量检测及金相观察, 试验结果和图像见图4。
4.8 点蚀试验
根据ASTM G48-11方法A和阿美标准SAES-W-16在6%氯化铁溶液中保持腐蚀72小时, 并且测试温度保持在35℃+/-2℃。
试验后发现, 当试件内氧气含量高于0.05%焊接时, 会出现明显点坑, 试验结果不合格;当氧气含量低于0.05%焊接时, 无点坑出现, 试验结果合格。
5 结语
(1) 该焊接工艺满足了双相钢UNS S32750和超级不锈钢UNS S31254异种钢焊接需求, 各种试验检测合格, 符合ASTM和阿美要求, 取得了良好效果;
(2) 焊接时, 正面和背面要全程持续充氩, 特别要严格控制试件内氧气含量, 确保氧气含量在0.05%以下, 否则背面焊缝金属很容易在焊接过程中氧化, 产生焊接缺陷, 造成焊缝金属的耐蚀性下降, 导致点蚀试验不合格。
参考文献
[1]ASTM A790 Standard Specification for Seamless and Welded Ferritic/Austenitic Stainless Steel Pipe.
[2]ASTM A312 Standard Specification for Seamless and Welded Austenitic Stainless Steel Pipes.
[3]Saudi Aramco Engineering Standard SAES-W-016Welding of Special Corrosion-Resistant Materials.
不锈钢复合钢 篇6
关键词：1Cr18Ni9Ti不锈钢,20R碳钢,异种钢焊接,焊接
异种金属焊接时在连接部位 (焊缝) 将形成成分、组织和性能完全不同于被焊金属的合金。此时, 焊缝的成分、组织和性能主要取决于参与组成焊缝的各部分金属 (被焊材料和填充材料) 之间的比例。这种比例与所用的焊接方法和焊接工艺参数有关。因此, 异种金属的焊接性除与被焊金属所固有的物理化学特性有关外, 在很大程度上还取决于焊接方法和工艺。两种金属均为纯金属时, 焊缝中形成的合金较为简单, 为二元合金。当被焊金属为两种不同系统的合金时, 则焊缝中形成的合金将变得极为复杂, 成为多元系合金。当焊接区内生成固溶体时, 其冶金相容性好, 原则上的焊接性也较好;当生成脆性金属间化合物时, 其冶金相容性就差。
1 焊接性分析
1Crl8Ni9Ti为单相奥氏体不锈钢, 具有高的抗蚀性、抗蠕变性, 但蒸气压和导热率很低。在450℃~850℃温度区间长时间停留, 易发生晶间腐蚀。
在集输和炼油工业中, 中低压的中小型容器常采用20R碳素钢制造, 20R钢是调质状态的, 其热强性和持久塑性较高, 由于碳及合金元累含量较多, 淬硬敏感性较大, 易在焊缝及热影响区出现淬硬组织。在焊件刚性及接头应力较大时, 易产生冷裂纹。其化学成分见表1, 力学性能见表2。
由表1, 2可见, 20R钢与1Cr18Ni9Ti在合金元素含量和物理性能上有很大的差别, 在焊接过程中会出现诸多问题。
1.1 焊缝稀释和熔合区生成马氏体过渡层
20R钢与1Cr18Ni9Ti焊接时, 20R钢的合金成分含量低, 对焊缝金属的成分有冲淡作用, 焊缝的奥氏体形成元素不足, 使焊缝中出现马氏体组织, 从而引起焊接接头质量恶化, 甚至引起裂纹。另一方面, 熔化的母材与填充金属相互混合的程度在熔池内部和边缘并不相同, 熔池边缘液态金属的温度较低, 流动性较差, 液态停留时间较短, 受到机械力搅拌的作用也较弱。故熔化的母材和填充金属不能充分地混合, 在熔合区形成一个合金元素浓度的过渡层。
1.2 熔合区的碳扩散
20R钢与1Cr18Ni9Ti焊接接头在高温条件下使用时, C会从珠光体母材一侧通过熔合线向奥氏体焊缝扩散, 使珠光体母材一侧产生铁素体脱碳层而软化, 同时促使了增碳层的晶粒长大, 沿熔合线生成粗晶区;奥氏体焊缝一侧出现增碳层而硬化。
1.3 焊接接头的界面应力
20R钢与1Cr18Ni9Ti的线膨胀系数差异较大, 它们所组成的焊接接头会产生很大的热应力, 可促使熔合区内缺陷的发展和聚集。另一方面焊缝的化学成分被稀释后易出现马氏体淬硬组织, 在晶界处伴随出现组织应力。焊接接头冷却收缩时, 拘束应力在脱碳层中得到松弛, 而在增碳层集中, 形成应力集中。
1.4 475℃脆性和δ相析出脆化
20R钢与1Cr18Ni9Ti焊接时, 应向焊缝中多加入一些奥氏体化元素, 或减少一些铁素体元素, 控制双相组织中的铁素体量, 即可减弱475℃脆性。焊接接头在500℃~800℃长时间停留, 会生成δ脆性相, 降低接头的塑性和韧性, 同时发生δ相选择性腐蚀。1Cr18Ni9Ti导热率较低, 温度下降较慢, 为降低高温停留时间, 可采取强制冷却方式。
2 焊接工艺
2.1 工艺分析
根据焊接性分析情况, 焊接接头焊前不预热, 焊后不作热处理, 对接头性能有积极的影响, 应通过焊接材料的合理选择, 达到控制和调节焊缝金属化学成分的目的。选用含镍量较高的焊材, 可减少焊缝中的C扩散, 选择与1Cr18Ni9Ti成分相近的焊接材料, 可有效降低稀释率。在焊缝组织中, δ相的存在会引起δ相脆化和δ相选择性腐蚀, 但δ相的存在又可提高抗热裂和抗晶间腐蚀的能力, 5%左右的δs相可有效改善和提高焊缝性能。由此可见, 应通过正确选择高合金化焊材, 适当控制熔合比或稀释率, 使焊缝组织为A+5%F, 以保证焊缝塑性、韧性和抗裂性能。
2.2焊接材料的选择
根据工艺分析结果, 选用H1Cr24Ni13焊丝为焊材。化学成分见表3。
2.3焊接工艺
采用手工氩弧焊方法进行焊接, 其工艺参数见表4。
(1) 选用币Φ2.0mm的H1Cr24Ni13焊丝, 焊前仔细清理焊丝表面油污、铁锈。 (2) 选用时代ZX7-315焊机, 直流正接。电极为Φ2.5mrn的Wce20。 (3) 采用V形坡口, 坡口角度为55°±5°, 钝边l.5mrn, 间隙2.0mm。坡口两侧管内壁10mrn, 管外壁20mrn及坡口表面用内圆磨光机清理, 除去铁锈, 直至露出金属光泽。 (4) 点固焊点位于时钟10点处。焊接时先从6点位置开始, 经3点焊至12点, 再施焊另一侧接缝。由于20R钢导热率较高, 点固焊、打底焊时电弧要偏向20R钢侧, 待两侧母材同时熔化时填丝施焊。 (5) 对1Cr18Ni9Ti侧母材采取强制冷却方式, 用布蘸水包裹1Cr18Ni9Ti侧母材。
3结语
经理论分析和工艺评定试验, 采用H1Cr24Ni13为焊丝的全氩弧焊接方法, 通过合理控制焊缝熔合比, 严格按照焊接工艺规程施焊, 得到的焊接接头完全符合各种性能指标。在焊接方法及工艺参数确定后, 熔合比的控制, 取决于坡口角度和根部间隙的大小, 针对不同壁厚的管件, 要采用不同的坡口角度和根部间隙。
参考文献
[1]俞尚知.焊接工艺人员手册[M].上海:上海科学技术出版社, 1996.
[2]古大田, 方子风.废热锅炉[M].北京:化学工业出版社, 2002:10～85.
[3]周振丰, 张文依.焊接冶金与金属焊接性 (第2版) [M].北京:机械工业出版社, 1992.
不锈钢复合板焊接工艺研究 篇7
不锈钢复合管生产方式大概有以下几种:包覆成型、拉拔成型、复合钢板成型[1]。包覆成型是在碳钢管芯上包覆一层不锈钢带, 由于包覆的不锈钢带较薄, 其焊接一般采用氢弧焊或等离子弧焊[2~3]。复合钢板成型是将不锈钢复合板经卷制、对接焊制而成, 在焊接时, 对于复层和基层必须分别进行焊接。另外, 对于基层材料, 必须选择合适的坡口形式和焊接工艺, 以防止复层材料的熔化和稀释[4]。对于由不锈钢组成的内衬复层材料, 应选择用同种材质或Ni丝作为填充材料, 并采用气体保护焊[4]。文献[1]给出的采用爆炸复合钢板焊制不锈钢复合管的生产线中, 采用了氢弧焊或CO2气体保护焊。
本文的主要目的是研究薄不锈钢复合板的焊接工艺, 去分析其力学性能和腐蚀性能。
1 不锈钢复合板焊接工艺
1.1 试验材料、方法
1.1.1 试验材料
试验材料为不锈钢复合板, 基层为Q235, 复层为0Crl8Ni9。复层厚度为1mm基层厚度为6mm。其基层与复层的化学成分及物理性能参数见表1, 表2。
1.1.2 试验方法
试验采用GMAW焊, 试板尺寸是300×l50×7mm, 两块试板对接。
焊接工艺参数的选择如下, 即确保焊缝金属的成分中Cr含量大于18%。焊接工艺参数见表3。
表中, 所有试件第一层均采用相同的焊接规范。试件1, 2, 3, 4焊接电流逐渐递减, 其他焊接参数基本不变。试件6, 2, 5, 7焊接速度逐渐降低, 其它焊接参数基本不变。
试验中采用先焊基层, 再焊复层的方案。根据强度匹配的原则和熔合比试验, 确定基层的焊接材料采用H08Mn2Si A, 保护气体为CO2, 气体流量15L/min。复层的焊接材料选用309L, 保护气体为Ar97.5%+CO22.5%, 气体流量15L/min。所用焊丝的化学成分见表4。
1.2 试验结果分析
1.2.1 力学性能
按照国标GB2651-89《焊接接头拉伸试验方法》进行拉伸试验。表5是拉伸试验试验结果。试件均断于母材上未受热影响部分。这说明焊接接头强度高于母材。
由于试件厚度只有7mm, 复层厚度为1mm, 且焊接过程中存在变形, 无法加工成标准冲击试样, 本文采用非标试样, 试样尺寸为4×8×55mm, 缺口开在熔合线上, 为却贝V型缺口。表6是冲击试验试验结果, 试验温度为0℃。
由表6可以看出, 焊接速度变化时, 冲击功变化并不显著。而焊接电流为194A, 焊接电压22.6V, 焊接速度为4.47mm/s时, 冲击功最高。除4#试件外, 其它试件的冲击功均在40J左右, 超过了低碳钢Q235标准规定的最低冲击功27J。
1.2.2 腐蚀性能
不锈钢复合板的耐腐蚀性能主要由不锈钢复层提供, 因此腐蚀性能试验主要针对不锈钢复层.由于碳钢腐蚀性很差, 若不加保护直接放置于硫酸-硫酸铜溶液中, 由于碳钢的腐蚀, 将降低溶液的有效性。因此, 需要对碳钢层进行保护, 选择的保护试剂为X-158乙烯基脂树脂, 该树脂保护效果较好。本实验中, 由于试板厚度大于4mm, 因此, 将试板从碳钢基层侧加工减薄至4mm。试验根据国标GB/T4334.5《不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法》进行16小时的晶间腐蚀试验。除4#试件外, 全部试件均合格。4#试件弯曲后在熔合区出现裂纹, 经对一未经过腐蚀试验的试验进行同样的弯曲, 发现在熔合区也出现了裂纹, 这说明裂纹不是由于晶间腐蚀造成的。
由上述试验可知, 采用本文试验条件, 焊缝及热影响区的耐腐蚀性较好能够满足一般条件下的耐腐蚀要求。
2 结语
分析发现焊接电流在130A~194A, 焊接速度在3.13~5.46mm/s, 焊接电压19.7V~21.9V范围内, 可以获得力学性能和耐腐蚀性较好的焊接接头。
摘要：为了提高生产效率和焊接质量, 必须实现焊接过程自动化, 而焊缝跟踪是实现焊接过程自动化的一个重要方面。本文的主要目的是研究薄不锈钢复合板的焊接工艺, 去分析其力学性能和腐蚀性能, 为以后实现焊缝跟踪, 进而实现焊接制管的自动化奠定基础。
关键词：不锈钢复合板,焊接,力学,腐蚀
参考文献
[1]肖桂华, 等.不锈钢-碳钢复合管的生产技术[J].四川冶金, 2000, 1:58～59.
[2]吴立忠, 等.我国复合钢管的现状及发展前景[J].中国建材装备, 2002, 2:13～14.
[3]王启珍, 等.不锈钢复合管钨极自动电弧焊工艺[J].焊管, 1997, 20 (6) :43～45.