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摘要：随着大型石油化工发展，不锈钢材质使用越来越频繁，因其耐腐蚀，寿命长，清洁度高，越来越受到欢迎，但是薄壁管支架焊接较难充氩，易致其管道内壁出现焊接质量缺陷，造成物料泄露，从而引发装置的安全生产事故，因此薄壁管支架的焊接越来越受到重视，本文拟通过对支架的焊接缺陷的分析，得出该问题的解决方式。
关键词：不锈钢;薄壁管;泄露;焊接支架;焊接工艺
0前言
不锈钢管道具有良好的耐腐蚀性，清洁程度高，寿命长，因此在化工装置中的使用越来越频繁，某PO生产装置的物料管线中大量使用了TP304薄壁管道，其支架也很多采用TP304的假腿型焊接型支架，在焊接过程中发现壁厚<5mm的管道内壁出现锈斑、凸起发渣、凹坑等缺陷，影響管道的焊接质量。本文通过对缺陷产生原因、晶相、金属化学成分及设计要求分析，改进其焊接工艺，制定出一套新的焊接施工方案，防止各种焊接缺陷的发生。
1缺陷产生原因分析
从现场情况来看，≥5mm以上的不锈钢未出现缺陷，主要原因是其母材厚度较厚，相当于氩弧焊的2-3层打底，后续的焊接其热量输入不至于其发生氧化，而薄壁支架焊接产生缺陷的原因为以下几点：
1.1现场到货的支腿与管道的匹配度不高，从而导致支腿与管道的间隙过大。需要较长时间的融合焊缝，不锈钢管道为薄壁管，从而导致熔池热量过高，造成管道内壁融化或烧穿，使内壁表面产生变化。
1.2现场焊接位置受到限制，操作空间较小，焊接过程中操作不方便，影响焊接速度，产生过热现象的原因。
2晶相分析
本次晶相分析对管道A358 TP304主管Φ273×4.19，支管A312 TP304的Φ168.3×3.4分析。
采用GB/T13299，抛光方法采取机械抛光，设备型号为XJB-200/JLJ008，采取化学浸蚀，放大倍数为200倍。
奥氏体不锈钢是γ-Fe中溶入了C、Cr、Ni等化学元素形成的固溶体，由多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶，属于点阵结构。
3个试件均为奥氏体组织，其中灰、白颜色由于各晶粒暴露在磨光试样表面上的晶面不同取向的缘故，在同样的显示倍数下，晶粒呈现粗细变化，可能是焊接过程中在敏化停留时间过长，在晶界处析出Cr23C6，奥氏体不锈钢在结晶过程中，Cr较C更容易析出结晶，若在敏化温度区停留时间过长，直接造成晶核富Cr，而晶界处富C贫Cr，造成晶间过烧。
结论：晶相合格，但晶粒有粗大情况。
3光谱分析
A358 TP304 成分为Cr：18～20，Ni：8～10.5。
采用NitonXLt898仪器对该支架上共3个部位进行主要合金元素光谱分析，检验标准为GB/T 16597。三个检件Cr元素含量在18.3～18.9%，Ni元素含量在8.4～8.9%，检测结论合格。
4设计要求
由GB/T 20801厚度计算t=pD/2（SΦ+pY）
式中：
t-计算厚度，单位mm
P-设计压力，单位MPa
D-管道外径，单位mm
S-设计温度下许用应力，单位MPa
Φ-焊件接头系数，表A.3.A.4选取
Y-计算系数，t 以p=0.8MPa，D=273mm，EFW管 S=138MPa常温，Φ=1.0
得出t=pD/2（SΦ+pY）
=0.8×273/2（138×1+0.8×0.4）
=0.8mm
根据GB/T 20801.3图7计算，其厚度为
=C1+C2+C3+t+△，取整计算
=1mm，目前管子厚度为4.19mm。
结论：合格。
5焊接方法和参数选定
根据以上情况，母材材质未受影响，仅为母材损伤，氧化严重，主要与热输入量有关，当热量较大时，容易产生弧坑，凹陷，发渣，氧化等情况，在常用的焊接方法中采用氩弧焊接热量适中，采用Φ2.4mm铈钨极电弧棒，喷嘴直径10mm，采用逆变焊机WS-400（PNE60-400）TIG和高频焊把，保持电流稳定，焊接采用氩弧焊，焊接材料选用ER308焊丝，工艺参数为：电流80-90A、电压10-11V、焊接速度4-8 cm/min 、焊接线能量7-15KJ/cm。
6焊接工艺
6.1保证间隙，相贯线切割要准确，保证全焊透焊缝，保证焊透。
6.2焊接过程避免电弧较长时间停留，不摆动焊接，提高焊接速度，降低焊接线能量。
6.3支架的两侧呈对称间断焊接，层间温度不得超过150℃，每层焊缝的接头错开，避免形成弧坑、夹渣和氧化现象。
6.4对于受力要求不高的部位，焊接也可以采取间断花焊，每隔50mm焊接100mm。
6.5焊接时氩弧焊枪喷嘴紧贴焊缝表面转动，注意保持焊枪和焊缝夹角。
6.6无论什么位置的焊接，钨极垂直于管子的轴心，保护熔池不被长时间氧化，打底仰焊采取内填丝，立焊和平焊位置采用外填丝。
6.7在填丝过程中切勿扰乱氩气气流，否则焊缝氧化。
7质量检验
7.1焊接完成后采取内窥镜检查焊缝焊接质量，目视无凹坑，发渣等情况。
7.2采用支架焊缝外表面PT检测，Ⅰ级合格。
7.3试压和气密过程中做好检查检验工作。
8结语
通过改变焊接措施，采取对称焊或花焊，采用稳定的电流，氩弧焊接，避免常时间停留的措施，降低焊接线能量等措施，母材未出现发渣和凹坑的情况，仅个别部位出现氧化现象，可见以上改变焊接热输入的焊接方法的有效。
参考文献：
[1]李立碑 金属材料物理性能手册 机械工业出版社 2011
[2]封金祥 机械工程材料 北京理工大学出版社 2016
[3]陈连山，陈兵辉，安金平 304L 不锈钢氩弧焊接工艺特点及常见缺陷的防治措施 石油工程建设 2008年6月
关键词：不锈钢;薄壁管;泄露;焊接支架;焊接工艺
0前言
不锈钢管道具有良好的耐腐蚀性，清洁程度高，寿命长，因此在化工装置中的使用越来越频繁，某PO生产装置的物料管线中大量使用了TP304薄壁管道，其支架也很多采用TP304的假腿型焊接型支架，在焊接过程中发现壁厚<5mm的管道内壁出现锈斑、凸起发渣、凹坑等缺陷，影響管道的焊接质量。本文通过对缺陷产生原因、晶相、金属化学成分及设计要求分析，改进其焊接工艺，制定出一套新的焊接施工方案，防止各种焊接缺陷的发生。
1缺陷产生原因分析
从现场情况来看，≥5mm以上的不锈钢未出现缺陷，主要原因是其母材厚度较厚，相当于氩弧焊的2-3层打底，后续的焊接其热量输入不至于其发生氧化，而薄壁支架焊接产生缺陷的原因为以下几点：
1.1现场到货的支腿与管道的匹配度不高，从而导致支腿与管道的间隙过大。需要较长时间的融合焊缝，不锈钢管道为薄壁管，从而导致熔池热量过高，造成管道内壁融化或烧穿，使内壁表面产生变化。
1.2现场焊接位置受到限制，操作空间较小，焊接过程中操作不方便，影响焊接速度，产生过热现象的原因。
2晶相分析
本次晶相分析对管道A358 TP304主管Φ273×4.19，支管A312 TP304的Φ168.3×3.4分析。
采用GB/T13299，抛光方法采取机械抛光，设备型号为XJB-200/JLJ008，采取化学浸蚀，放大倍数为200倍。
奥氏体不锈钢是γ-Fe中溶入了C、Cr、Ni等化学元素形成的固溶体，由多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶，属于点阵结构。
3个试件均为奥氏体组织，其中灰、白颜色由于各晶粒暴露在磨光试样表面上的晶面不同取向的缘故，在同样的显示倍数下，晶粒呈现粗细变化，可能是焊接过程中在敏化停留时间过长，在晶界处析出Cr23C6，奥氏体不锈钢在结晶过程中，Cr较C更容易析出结晶，若在敏化温度区停留时间过长，直接造成晶核富Cr，而晶界处富C贫Cr，造成晶间过烧。
结论：晶相合格，但晶粒有粗大情况。
3光谱分析
A358 TP304 成分为Cr：18～20，Ni：8～10.5。
采用NitonXLt898仪器对该支架上共3个部位进行主要合金元素光谱分析，检验标准为GB/T 16597。三个检件Cr元素含量在18.3～18.9%，Ni元素含量在8.4～8.9%，检测结论合格。
4设计要求
由GB/T 20801厚度计算t=pD/2（SΦ+pY）
式中：
t-计算厚度，单位mm
P-设计压力，单位MPa
D-管道外径，单位mm
S-设计温度下许用应力，单位MPa
Φ-焊件接头系数，表A.3.A.4选取
Y-计算系数，t
得出t=pD/2（SΦ+pY）
=0.8×273/2（138×1+0.8×0.4）
=0.8mm
根据GB/T 20801.3图7计算，其厚度为
=C1+C2+C3+t+△，取整计算
=1mm，目前管子厚度为4.19mm。
结论：合格。
5焊接方法和参数选定
根据以上情况，母材材质未受影响，仅为母材损伤，氧化严重，主要与热输入量有关，当热量较大时，容易产生弧坑，凹陷，发渣，氧化等情况，在常用的焊接方法中采用氩弧焊接热量适中，采用Φ2.4mm铈钨极电弧棒，喷嘴直径10mm，采用逆变焊机WS-400（PNE60-400）TIG和高频焊把，保持电流稳定，焊接采用氩弧焊，焊接材料选用ER308焊丝，工艺参数为：电流80-90A、电压10-11V、焊接速度4-8 cm/min 、焊接线能量7-15KJ/cm。
6焊接工艺
6.1保证间隙，相贯线切割要准确，保证全焊透焊缝，保证焊透。
6.2焊接过程避免电弧较长时间停留，不摆动焊接，提高焊接速度，降低焊接线能量。
6.3支架的两侧呈对称间断焊接，层间温度不得超过150℃，每层焊缝的接头错开，避免形成弧坑、夹渣和氧化现象。
6.4对于受力要求不高的部位，焊接也可以采取间断花焊，每隔50mm焊接100mm。
6.5焊接时氩弧焊枪喷嘴紧贴焊缝表面转动，注意保持焊枪和焊缝夹角。
6.6无论什么位置的焊接，钨极垂直于管子的轴心，保护熔池不被长时间氧化，打底仰焊采取内填丝，立焊和平焊位置采用外填丝。
6.7在填丝过程中切勿扰乱氩气气流，否则焊缝氧化。
7质量检验
7.1焊接完成后采取内窥镜检查焊缝焊接质量，目视无凹坑，发渣等情况。
7.2采用支架焊缝外表面PT检测，Ⅰ级合格。
7.3试压和气密过程中做好检查检验工作。
8结语
通过改变焊接措施，采取对称焊或花焊，采用稳定的电流，氩弧焊接，避免常时间停留的措施，降低焊接线能量等措施，母材未出现发渣和凹坑的情况，仅个别部位出现氧化现象，可见以上改变焊接热输入的焊接方法的有效。
参考文献：
[1]李立碑 金属材料物理性能手册 机械工业出版社 2011
[2]封金祥 机械工程材料 北京理工大学出版社 2016
[3]陈连山，陈兵辉，安金平 304L 不锈钢氩弧焊接工艺特点及常见缺陷的防治措施 石油工程建设 2008年6月