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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，鉻的熔點達1855℃，導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)受高溫熱源的影響被急劇加熱并熔化，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，在施焊前進行焊前預熱，預熱溫度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加工坡口，該方法現(xiàn)場不易掌握；采取機械切割效率高、易于操作、坡口加工標準。加工標準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“多點定位對稱施焊”，不銹鋼管公稱直徑小于80mm時采用兩點定位組對，80~200mm時三點定位組對，大于200mm時四點定位組對；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，變形量過大將嚴重影響其使用性能。通過焊接前預熱，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。