高硅不锈钢焊管焊接试验初探

介绍了高硅不锈钢焊管的几种焊接试验结果,表明应用异种材料焊接高硅不锈钢焊管具备可能性。

高硅不锈钢焊管在高温浓硫酸和硝酸环境下具有优良的综合性能,被誉为划时代的不锈钢焊管。国外开发应用该材料比较早,技术上也相对成熟,如加拿大Chemetics公司、瑞典Sandvik公司、德国Krupp公司、美国Monsanto公司等。由于该材料技术上的封锁,我国在该领域的研究始于20世纪80年代末,成功的规模应用则到了2002年以后。目前,该材料的焊接成功率远没有常用不锈钢焊管高,公开发表的资料也极其有限。为了进一步挖掘硫酸装置节能降耗的潜力,我公司决定将该材料应用到脱盐水加热器上,并对该材料的焊接性能进行了一些初步探索。

1焊接试验

1.1试验对象

高硅不锈钢板材、高硅不锈钢焊丝、Incoloy825合金和Incoloy625合金、316/304材料及316L焊丝。

1.2试验目的

1)了解高硅不锈钢焊管性能,探索高硅不锈钢焊管应用上的特殊性;

2)推广高硅不锈钢焊管在锅炉脱盐水加热换热器上的工程应用。

1.3试验说明

1)高硅不锈钢焊管和高硅不锈钢焊丝分别来源于国内二个专业生产厂。试验板材厚度2mm,管材厚度1.5 mm。

2)所有焊接均为氩弧焊;

3)试验用Incoloy825材料在酸环境下已经运行5 a;

4)限于条件,每种试验不超过3次;

5)参照相关规定或规程对试验方法适当变更,但不同材料的实验方法尽量相同。

6)敏化:材料加热到650℃后保温2 h,再经过约60℃浓硫酸浸泡4 h。

7)材料开裂与否以肉眼观察(或辅以普通放大镜)的主观判断为主。

1.4试验方法及效果

1)高硅不锈钢板材采用氩弧灼烧一次,灼烧处容易开裂。

2)高硅不锈钢板材采用高硅不锈钢焊丝手工氩弧焊:焊缝进行一次焊接不容易开裂,但焊缝折弯90°容易开裂;焊缝进行二次焊接均开裂。

3)高硅不锈钢板材采用Incoloy 825材料或Incoloy625手工氩弧焊:焊缝进行一次焊接和二次焊接不容易开裂,但焊缝折弯90°容易开裂。

4)高硅不锈钢板材采用316L焊丝进行手工一次焊接和二次焊接不容易开裂,焊缝折弯90°也不开裂。

5)敏化处理高硅不锈钢板材、高硅不锈钢焊丝手工氩弧焊焊缝、Incoloy825材料:高硅不锈钢板材折弯90°不开裂;高硅不锈钢焊丝手工氩弧焊焊缝轻微折弯即开裂;Incoloy825材料折弯90°不开裂。

6)高硅不锈钢管材焊缝(母材自动焊接成型)折弯90°容易开裂。

7)304/316材料母材、手工氩弧焊焊缝折弯90°、180°均不开裂。

8)高硅不锈钢板材、高硅不锈钢焊丝、Incoloy825材料或Incoloy625焊丝、304/316材料及其焊丝进行折弯90°试验,均不开裂。

2基本结果

1)高硅不锈钢母体材料可以做到折弯不开裂,且材料敏化处理后进行折弯试验也不容易开裂。

2)高硅不锈钢焊管,只要经过氩弧灼烧过即容易开裂,说明该材料有比较严重的热脆性。

3)高硅不锈钢焊管的热脆性对焊接工艺提出了更高的要求,特别表现在二次焊接时的成品率低,即使进行一次焊接工艺,收弧处的操作要求比较高。在进行实际焊接操作时,要求确保一次焊接成型。

4)高硅不锈钢焊管可以与塑性相对好的不锈钢材料进行异种焊接,焊缝热脆性不明显。

5)敏化处理过的高硅不锈钢焊管,焊缝处轻微折弯即开裂,但母体材料折弯不开裂。可能的涵义有:

①高硅不锈钢母体材料不容易晶间腐蚀,但焊缝处容易产生晶间腐蚀;

②高硅不锈钢焊缝处的晶间腐蚀性能仍优于304/316材料或其焊缝;

③现有晶间腐蚀性能测试方法不适应高硅不锈钢材料;

④对高硅不锈钢材料或其焊缝是否做晶间腐蚀性能测试,需要依据具体的应用环境要求;

⑤高硅不锈钢材料的焊缝需要进行适当热处理。如要求厂家对成品管材进行固溶处理;

6)鉴于高硅不锈钢材料焊缝处的热脆性,该材料如果用在有变形、可能变形或循环应力的地方,需要引起足够的谨慎;

7)高硅不锈钢焊接管如果应用在管壳式换热器上,可能不适宜实施胀管工艺。

3结束语

目前,从行业应用情况看,国产高硅不锈钢材料的推广应用显得极为不足。比如对硫酸酸吸收系统的热能回收,国内锅炉加热器普遍采用316L材料,导致回收水温多在80℃以下,不仅流失了装置宝贵的能量,也不利于装置专业化水平的提高。探究其中的原因,除了价格因素外,还与行业人士对该材料的认知度不高和该材料的工程化应用研究不完善有关。

我公司已经开始选用高硅不锈钢管材应用到锅炉脱盐水加热换热器上,管板为Incoloy825材料,拟采用Incoloy625焊丝进行焊接。预计脱盐水加热后的温度可以达到95℃以上,每年回收低压蒸汽将超过1.5万t。