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不锈钢盘管焊接与防腐的质量控制

来源:至德钢业 日期:2020-10-25 04:19:00 人气:70

 不锈钢盘管在工业领域中广泛应用于石油开采、化工冶炼、LNG储罐、食品餐具等众多行业。不锈钢盘管的防腐蚀性能,受其化学元素含量、焊接工艺、后续防腐工艺等方面的影响。本文主要研究了不锈钢盘管的耐腐蚀原理、焊接特性及防腐蚀工艺,通过分析相关原理,找出影响质量因素的要点,从而更好地对不锈钢盘管的焊接与防腐蚀进行质量控制。


 不锈钢盘管在工程领域用途广泛,针对不同的服役环境,开发出了多种类型的不锈钢盘管,按组织状态分为:奥氏体、马氏体、铁素体、双相不锈钢盘管等。目前海上采油平台使用最多的不锈钢盘管是奥氏体不锈钢盘管,根据流体介质的不同有时会采用双相不锈钢盘管。本文以奥氏体和双相不锈钢盘管为例,研究它们的焊接特性、防腐原理及防腐措施以及应用中进行质量控制的有效方法。


一、不锈钢盘管的防腐原理


 不锈钢盘管的耐蚀性随着碳含量的增加而降低,因此,大多数不锈钢盘管的含碳量均较低,最多不超过1.2%,不锈钢盘管的主要合金元素是铬,只有当铬含量达到一定值时,不锈钢盘管才具有耐蚀性,因此不锈钢盘管中鉻含量至少为10.5%,只有这样才能在表面形成一层含鉻钝化膜抵抗大气的腐蚀。不锈钢盘管中还含有很多其它合金元素,如钼可以提高不锈钢盘管的抗点蚀能力,氮可以提高不锈钢盘管的耐缝隙腐蚀的能力,镍可以延缓不锈钢盘管中有害金属间相的形成。作为使用方,在进行货物验收时需核查证书和产品外观,必要时可进行化学微量元素分析,以保障不锈钢盘管的到货质量。


二、不锈钢盘管焊前质量控制


 不锈钢盘管焊接前应清除焊道周围的油脂、污垢、灰尘、油漆等,任何形式的水分都会对不锈钢盘管的耐蚀性和力学性能产生不利影响。不锈钢盘管坡口的制备应符合相关工艺要求,坡口周围的毛刺应去除,打磨均匀光滑;等离子切割的不锈钢盘管应去除表面的萃硬层,不锈钢盘管最好是切削加工以保障坡口的均匀性。不锈钢盘管不同于大多数碳钢,焊前预热可能对不锈钢盘管是有害的,当出现湿气冷凝的时候,对不锈钢盘管进行焊前预热可能是有益的,预热应遵循已批准的焊接工艺。


三、不锈钢盘管的焊接特性


 1. 奥氏体不锈钢盘管的焊接特点


  奥氏体不锈钢盘管的焊接性能较好,奥氏体不锈钢盘管可采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等。奥氏体不锈钢盘管需正确选择焊接材料,尽量选择含碳量较低的焊接材料,以避免碳与鉻形成化合物引起晶界处贫鉻,从而提高焊缝抗晶间腐蚀能力;采用窄焊道技术,尽量采用不摆动或少摆动焊接,并在保障融合良好的条件下,尽量采用较小的焊接电流、较低的电弧电压、较快的焊接速度。焊接过程中必须将焊件保持较低的层间温度,必要时可采用强制冷却以控制层间温度和焊后温度,尽量减少焊缝在450~850℃范围内的停留时间。


 2. 双相不锈钢盘管的焊接特点


  双相不锈钢盘管铁素体含量高,具有非常好的抗热裂性,故焊接时很少考虑热裂。双相不锈钢盘管焊接最容易出现问题的区域在热影响区,热影响区的问题是耐蚀性、韧性损失和焊后开裂。为避免此类问题,焊接工艺的重点是,焊缝红热区域的停留时间最短,而不是控制单一焊道的热输入;当拘束度较大氢含量较高时,会导致双相不锈钢盘管焊缝氢致裂纹的倾向,因此在选择焊接材料和焊接过程中应控制氢的来源,防止产生氢致裂纹。为防止热输入过高或过低,应时时监控焊接过程中的层间温度,热输入的范围一般控制在0.5~2.5kJ/mm,热输入的公式:热输入kJ/mm=(V×A)/(S×1000),式中:V=电压,伏特;A=电流,安培;S=移动速度,mm/s。


四、不锈钢盘管焊后处理的质量控制


 不锈钢盘管的焊后清理很重要,如未做适当的清理,可在比母材低得多的温度下或腐蚀性弱得多的环境中失效。焊接飞溅物、焊接氧化色、起弧点和咬边在水溶性环境中,可能具有不同于不锈钢盘管表面的电位,因此可能发生电化学反应,消除这些对保护性钝化膜有破坏作用的缺陷非常重要。杂物的清理方法包括机械清理、化学清理,常用硝酸进行化学处理,硝酸可溶解不锈钢盘管表面的铁离子,但不会侵蚀不锈钢盘管和钝化膜保护层。飞溅、焊接氧化色等的清除,应用精磨不锈钢盘管丝刷清除,粗磨不利于不锈钢盘管的防腐,因其易形成沉积杂物,形成缝隙。


 不锈钢盘管由于服役环境、制作缺陷等,可能存在点蚀的风险,点蚀往往会快速穿透管壁造成泄漏,因此表面涂装是很有必要的。涂装之前需进行扫砂处理,常用标准是SSPC-SP7,扫砂可产生轻微的粗糙度,但也可能造成不锈钢盘管表面钝化膜的损坏,从而产生表面游离的亚铁离子,亚铁离子会在涂层下产生腐蚀电池,从而造成涂层缺陷。因此在涂装前需进行亚铁离子的检测,具体检验方法为:用1克铁氰化钾K3[Fe(CN)6]加3毫升65%~85%浓度的硝酸HNO3和100毫升去离子水配制成溶液(宜现用现配)。用滤纸浸渍溶液后,贴附于待测不锈钢盘管表面或直接将溶液滴涂于表面,30秒内观察显现蓝点情况。有蓝点意味着表面存在亚铁离子,钝化膜不完整。检验完成后将表面上的试验液体冲洗干净,如果不锈钢盘管表面的钝化膜被大量破坏,需进行酸洗钝化,以达到消除亚铁离子的目的。


五、结语


 本论文主要介绍了不锈钢盘管的焊接特性,焊接过程中的质量控制难点,分析了焊接部分缺陷产生的原因,提出了相关的解决措施;同时对不锈钢盘管的腐蚀与防护做了较深入的探讨,针对晶间腐蚀和点蚀产生的原因进行了分析。通过对不锈钢盘管焊接和防腐的研究,能够更好地提升焊接及防腐的质量控制工作,避免质量问题发生。


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