0 前言

中原油田第三氣體處理廠改擴建工程是中原油田重點工程。工程中針對工作溫度為（-40~-120℃）的工藝管道先用了0Cr18Ni10Ti（ASTM 321TP）奧氏體不銹鋼。為保證裝置的安全、平穩、長期運行，對該不銹鋼的焊接行為進行了分析研究，并進行了工藝評定對比試驗，確定了性能最優的焊接材料。

1 0Cr18Ni10Ti奧氏體不銹鋼焊接行為

0Cr18Ni10Ti不銹鋼屬于奧氏體，其顯微組織為A（奧氏體）+3%~5%δ-F（δ-鐵素體），其焊接性良好，無淬硬性。但在實際時接中應注意如下問題。

1.1 抗晶間腐蝕性能差
奧氏體不銹鋼在450~850℃加熱時，會由于在晶界沉淀析出鉻的碳化物，致使晶粒周邊形成貧鉻區，在腐蝕介質中即可沿晶粒邊界發生所謂晶間腐蝕。

1.2 易形成熱裂紋
奧氏體不銹鋼導熱系數小，線膨脹系數大，在焊接局部加熱和冷卻的條件下，接頭在冷卻過程中可形成較大的拉應力；另外奧氏體鋼易于形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有害雜質的偏析而促使形成晶間液態夾層，易于產生焊縫凝固裂紋。

1.3 焊縫成形不良
鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接時，由于焊縫中合金元素含量高，熔池流動性差，易造成焊縫表面成形不良。主要表現在根部焊道背面成形惡化及蓋面焊道表面粗糙。焊縫表面成形不良對焊縫性能的影響在常溫或高溫工況下表現不明顯，但在低溫工況下，其成形不良所造成的應力集中對焊縫低溫性能的影響不亞于焊縫內部質量的影響。

根據以上分析，為解決晶間腐蝕及凝因裂紋的問題，焊縫組織以A+δ相雙相組織為宜。一般δ相數量為4%~12%比較適宜。

2 焊縫組織預測分析

根據奧氏體不銹鋼焊接過程中的問題，應選擇合適的焊接材料，使焊縫組織中有合適的δ相比例，確保焊縫的室溫顯微組織及低溫機械性能。

舍夫勒（Schaeffler）圖是估算δ相的常用方法，它以鉻當量"Creq"及鎳當量"Nieq"作為橫縱坐標，其中：

Creq=Cr%+Mo%+1.5xSi%+0.5xNb%
Nieq=Ni%+30xC%+0.5xMn%+0.33xCu%

它反映了化學成分對組織的影響。因此借助于舍夫勒圖，首先對備選取焊接材料的焊縫組織于行預測。

根據JB4708-92及GB50236-98推薦，0Cr18Ni10Ti手工電弧焊可以選擇E347-16（A123）或E347-150（A137）焊條，鎢極氬弧焊可以選擇H0Cr18Ni10Ti或H00Cr2Ni10焊絲。推薦焊條、焊絲以及母材成分和相應的計算預測結果見表1~表2。

3 力學性能試驗結果及分析

對以上四種焊接材料分別進行力學性能對比試驗，試驗結果見表3。試驗結果均為6個試驗件的平均值。

焊縫的性能與組織密切相關，一方面為防止形成焊接熱裂紋，應使焊縫中形成A+δ-F雙相組織。另一方面隨著δ-F含量的增加，會造成σ相脆化和δ相選擇性腐蝕，導致焊縫金屬的韌性降低；而且有資料表明，為保證焊縫的低溫韌性，最好不采取雙相組織，而應取得單相奧氏體組織。由于使用A137焊條焊接的焊縫金屬中的δ-F含量低于A123焊條焊接的焊縫金屬，奧氏體組織含量高，而且A137焊條屬于喊性焊條其焊縫中的擴散氫含量也較A123焊條低，因此其焊縫金屬的低溫韌性將高于A123焊條。

使用H00Cr2Ni10焊絲焊接可有效地防止焊縫中產生晶間腐蝕及熱裂紋。由于H00Cr2Ni10焊絲屬于超低碳焊接材料，在晶界處不易形成Cr23C6，同時可以改善的低溫韌性，因此，較H0Cr18Ni10Ti焊絲更能防止產生晶間腐蝕。

對于焊縫成形式良、連頭固定焊口的焊接一次合格率不高、以及時焊接熱影響區的晶間腐蝕問題，可以能過焊接工藝來加以解決。采用鎢極氬弧焊打底、較小的焊接線能量，來控制熱影響區處于敏化溫度區間的范圍。

4 結論

根據對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管道焊接材料的焊接性分析，運用舍夫勒圖進行計算選擇及力學性能試驗對比，選擇手工電弧焊采用A137焊條，鎢極氬弧焊采用H00Cr2Ni10焊絲作為工程焊接材料，采用鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充蓋面焊接方式取得了良好的效果。

將上述所選材料和工藝順序應用于實踐，工程中共焊接焊口3200道，X射線探傷一次合格率達90%，管道內壁的清潔度，大大減少了工藝管道的吹掃時間，而且充分保證了不銹鋼管道焊縫的低溫力學性能。