347H奥氏体不锈钢管焊接工艺评定

第

44

卷第

1

期

2021

年

1

月

焊管

WELDED

Jan.

PIPE

AND

TUBE

Vol.44

No.1

2021

应用与开发

347H

奥氏体不锈钢管焊接工艺评定

冯玉兰

1

，

2

,李

吴志生李亚杰

1

,

1

，

2

,

岩王瑞森

2

（

1.

太原科技大学

，

太原

030024

；，

2.

中钢不锈钢管业科技山西有限公司

山西晋中

030600

）

摘要

：

针对

347H

不锈钢管材在焊接后出现开裂的现象

，

以

347H

奥氏体不锈钢为研究对象

，

采用

等离子弧焊

（（

PAW

）

+

钨极惰性气体保护焊

TIG

）

实现了厚度为

15

mm

的

347H

奥氏体不锈钢的良

好焊接离子气和）

，

焊接工艺采用双面焊双面成型工艺

，（

焊接中心气

PAW

TIG

枪内保护气

及内外

焊缝保护气均为纯度

逸

99.99%

的氩气

，

100%RT

实时成像检测结果显示焊缝结合良好并对焊缝进行

。

了焊后热处理

，

加热到

1100

益15

后保温

min

o

最后

，

根据

ASME

《

锅炉及压力容器规范

》

第

御

卷要

求对焊缝显微组织及综合性能进行了分析

，其理化性能满足要求

，

生产工艺合理

。

关键词

：

347H

不锈钢

；

焊接工艺评定

；

微观组织

；力学性能

中图分类号 DOI

：

TG141.4

文献标识码

：

B

:

10.19291/.1001-3938.2021.01.003

Welding

Procedure

Qualification

for

347H

Austenitic

StainlessSteel

Welded

Pipe

FENG 12

Yulan

11

''

22

, ,,,

WU

Zhisheng

LILI

Yajie

1,2

Yan

WANG

Ruisen

(1.

Taiyuan030024,China;

Universityand

ofScience

Technology,

Taiyuan

2. Pipe

Sinosteel China

030600,

StainlessJinzhong

Steel

Technology

Co.,

Ltd.,

Shanxi,

)

Abstract:

Inphenomenon

viewcrackingstainless

ofsteelstainlesswas

thepipe

347Hwelding,347H austenitic

of

after

steel

takenplasma

asresearchstainless

thethewas

object,ofsteel

347Haustenitic

and

good

welding15

mm

thick

realizedby

arc

weldingweldingwelding

inert sided

(PAW)

+ welding

tungsten(TIG).

gasdoublesided

The

process

adopts

--

anddoubleforming

process.gunshieldinginternal

Thewelding

center weld

gasgas

(paw

ion

andand

TIGexternal

gas)shielding

and

the

gas

are

argon

withThe

purityRTimaging

good.

逸realtime

99.99%. heat

100%show

weld

-

detectionis

resultsthatjoint After

the

treatment,weldand

thewasheatedforFinally,therequirementsPressure

to

益

1

100of Boiler

15toASME

min.

according

Vesseltestcarried

Codeweldresults

sectionthewere

performanceout.

IX,The

microstructurecomprehensive

analysis

and

show chemical reasonable.

thatphysicalpropertiesand

thethethe

andprocess

meetis

requirements

production

Key

words:

347H

stainless

steel;microstructure;

welding

procedure

qualification;

mechanical

properties

0

前言

347H

属于奥氏体不锈钢

，

与

347

不锈钢相

比

，

碳含量较高

，

具有良好的高温力学性能

。

在

普通奥氏体不锈钢的基础上加入稳定化元素

Nb

，

分均匀

，，

组织稳定

被广泛用于大型锅炉过热

器

、、

再热器

蒸汽管道及石油化工的热交换器管

件

。

但

347H

不锈钢管材在焊接后会出现开裂现

象

，

明显降低了该类钢材的使用寿命心

］

。

为了保

证

347H

不锈钢管材在使用过程中的安全性

，

寻

找合适的焊接工艺和焊后热处理措施并对其可行

提高了抗敏化性能

，

使其具有良好的耐腐蚀性

。

因此

，

347H

属于奥氏体不锈热强钢

，

在较高温

性进行验证

，

对拓宽

347H

不锈钢管材在石油化

工等领域的应用具有一定的研究价值

『。

10］

度下具有良好的耐腐蚀性和强度

［

1-3

］

，

同时化学成

・

14

窑

第

1

期

冯玉兰等

：

347H

奥氏体不锈钢管焊接工艺评定

1

试验材料

本研究选用山西太钢不锈钢股份有限公司生

产的

347H

奥氏体不锈钢板材

，

试样尺寸

450

mm

((

长厚

)

x300

mmmm

(

宽

)

x15

)

，

其化学成

分见表

12

，

力学性能见表

遥

%表

w(Cr)

1

347H

奥氏体不锈钢板材的化学成分

w(C)w(Si)

w(Mn)

w(P)

0.025

w(S)

w(Ni)

w(Nb)

0.05

0.53

1.21

0.001

9.1

17.3

0.54

表

2

347H

奥氏体不锈钢板材的力学性能

试样尺寸

//MPa

(2

/MPa

mmxmmxmm)抗拉强度

605

屈服强度

R

p».

250

延伸率

A

50

/%益

62

环境温度

/

450x300x15

23

2

焊接工艺

2.1

焊接坡口形式

焊接试样单边坡口形状及焊接道次分布如图

1

所示

。

坡口设计为4±0.25)

Y

形坡口

，

钝边

(

mm

，

ER347

的主要合金元素含量均大于母材

347H

合

金元素含量

，

可以抵消焊接过程中合金元素的烧

损量

，

并添加了少量的Mo,

可以提高焊缝的钝

化效果

，满足焊材选用要求

并细化晶粒

，

。

焊缝单边坡口角度

37.5

。

±

2.5

。

。

2.2

焊接方法及设备

焊接方法

：

PAW

打底

(

不填丝

)

+TIG填充

盖面

+TIG

填丝内焊

。

焊接设备

：

边梁双枪

P+T

纵环焊缝焊接系

统和龙门

TIG

内焊焊接系统

，

系统包含有德国

进口的等离子焊接电源

PAW

522

DC-P

和

TIG

焊接电源

TETRIX

521

遥

2.3

焊接材料

焊丝选用实芯焊丝

ER347椎

1.2

mm

，

其化

学成分见表

3

遥由表

3

和表

1

对比可知

，

焊丝

图

1

焊接试样单边坡口形状及焊接道次分布示意图

表

3

ER347

不锈钢实芯焊丝化学成分

w(C)w(Si)

%

w(Nb)

w(Mn)

1.640.54

w(P)

0.019

w(S)

0.001

w(Ni)

w(Cr)

19.700.020

w(Mo)

0.01

w(Cu)

10.75

0.54

0.020

2.4

焊前工艺要求

(

1

)

焊前清理焊缝坡口及两侧油污

、

铁锈及

氧化皮等污物

；

TIG

填充盖面

+TIG

填丝内焊

；

(2)

，

严格控制层间温度臆

100

益

层间清理

严格按照要求操作

；

(3)

PAW

及

TIG

焊接气体均为纯氩气

，

纯

度

逸

99.99%

；

(4)

层间清理

，

采用不锈钢钢丝轮清理焊

(2)

检测焊丝牌号及焊接气体是否满足要求

;

(3)

确认焊接设备可正常运行

；

(4)

焊管

2021

年第卷

44

表

4

焊接工艺参数

焊接顺序

焊接方法填充材料

电流极性

电流

/A

焊接速度Ar

///

送丝速度

(mm'min

-1-1

))

(-1

mm'

min

)

电压

/V

纯

保护气

流量

/(L-min

-1

)

离子气流量

(L-min

15.0(Ar)

PAW

TIG 1

外

1

TIG 1

外

2

TIG 4

外

3

TIG

外

4

TIG

外

5

DC+

DC+

DC+

DC+

DC+

DC+

DC+

ER347

ER347

ER347

ER347

ER347

ER347TIG

29030

300

310

3102

3202

3202

250

13025

135

300

5003

13

15

15

252

25130

25130

2513016

2513017

25

400

5300

000

500

1

000

157

6

内

3

焊缝外观及射线检测

试样焊接完成后对焊缝进行外观及

X

射线

检验

，

外观按照最新ASME

《

锅炉及压力容器规

1

表

5

焊接接头力学性能测试结果

试样编号

R

p0.2

/MPa

R

mA

/MPa

653

/%

断裂位置

265

272

逸逸

205A/SA

57

562

40

240

标准要求

656

逸

515

母材

范

》

第御卷

QW-194

所述外观检测要求

，

技能

评定件表面没有裂纹并显示焊缝金属与母材全熔

透

、

全熔合

。

射线透照检测按照

QW191.1

要求

由图

2

可以看出

，

焊接接头同轴横向拉伸断

裂发生在母材处

表明焊接接头力学性能优于母

进行

。

本次试验检测焊缝无任何缺陷

，

结果满足

要求

。

材

。

由表

5

可以看出

，

焊接接头的抗拉强度

、

屈

服强度和延伸率均大于标准要求值

,

其力学性能

4

试验过程及分析

4.1

焊缝力学性能测试

根据美标

ASME

《

锅炉及压力容器规范

》

第

御卷要求

[11]

,

采用钢研纳克检测技术有限公司生

满足标准要求

。

4.1.2

弯曲试验

母材厚度为

15

mm

,测试焊缝的背弯及面弯

性能

，，

并未用侧弯代替

试验执行标准

ASTM

A370

,,,

弯曲直径

40

mm。

弯曲角度

180

弯曲

后用放大镜放大

10

倍观察

，

在焊缝和热影响区

均未发现有裂纹

，

表明该工艺下获得的焊接接头

产的

30T

电子拉伸试验机进行拉伸试验和弯曲

试验

；

采用

500

J

低温冲击试验机进行冲击试

验

，

具体试验过程及结果如下

。

4.1.1

焊缝横向拉伸试验

在弯曲应力作用下仍具有较好的力学性能

，

判定

为合格

,

弯曲试样照片如图

3

第

1

期

冯玉兰等

：

347H

奥氏体不锈钢管焊接工艺评定

100 100

g

硫酸

硫酸铜

(CuSO

4-

5H

2

O)ml

，

添加

(H

2

SO

4

,

化学纯

，

密度

1.84g/cm

3

)

，

并用蒸馏水

稀释至

1

000

ml

。h

按照上面配好的溶液煮沸

15

4.3

金相试验分析

4.3.1

焊缝热影响区金相组织

图

5

(a)

所示为

347H

焊接接头过渡区金相

后弯曲

。

弯曲试验用弯芯直径

5

mm,

弯曲角度

180

毅,弯曲后采用

10

倍放大镜观察焊缝外表面

组织形貌

，

由左往右分别为母材

、

热影响区和焊

缝组织

,

母材主要由大量奥氏体和少量颗粒状碳

无裂纹产生

，

结果评定为合格

。

煮沸并弯曲后的

化物组成

，

没有铁素体相

(

铁素体在锻轧变形过

程中消失

)

，

在一些奥氏体晶内存在一定数量的

孪晶界

。

分析过渡区微观组织可以发现

，

焊接过

试样如图

4

所示

。

程没有产生气孔

、

夹杂和焊接裂纹

，

说明本研

究采用的焊接工艺可以使焊接接头达到良好的

冶金结合

。

热影响区在焊接热的作用下发生了

一定的固态相变

，

尤其在接近熔合线位置出现

了过热区

，

由于加热温度从

1100

益到固相

,

导致该区域的晶粒发生一定的粗化

，

形成粗晶

区

，

一定程度上影响焊接接头的性能

，

其局部

图晶间腐蚀试样照片12-13

4放大组织如图

5

(b)

所示

［。

］

图

5

焊接接头过渡区组织形貌

4.3.2

焊缝金相组织

这主要是因为中心焊道比上层焊道晶粒有更多

图

6

所示为

347H

不锈钢焊缝区域的微观组

织形貌

，

通过直线法对焊缝组织的晶粒度进行了

分析

，

焊缝上层位置的组织晶粒约为

75滋

m,

焊

焊管

2021

年第卷

44

接接头组织不均匀的现象

，

可以通过延长热处

理时间进行改善

[14-15]

o

15

mm[J].

荒管裂纹缺陷的影响和工艺改进特殊钢

，

2019,39(3):17-19.

[6]

TP347H

张志峰

，

白银

，

吕知清

，

等

.

钢固溶过程中组织

演变的原位表征

[J].

钢管

,2018,53(3):57-65.

5

结论

本研究针对厚度为

15

mm

的

347H

不锈钢

，

[7]

郭玲特钢

，

连铸

.

TP347H

管坯的缺陷分析及探讨

[J].

技术

，

2012,18(4):18-22.

[8]

张亚滨

.

347H

不锈钢管线环焊缝稳定化处理后裂纹

原因分析

[J].

科技世界

,2013,37(6):56-57.

[9]

郑坊平张红军

,

，，

高磊

等

.

TP347H

奥氏体不锈钢锅炉管

采用PAW+TIG

焊接工艺

，

热处理加热到

1

100

益,

保温对焊

15

min

后水冷获得良好的焊接接头

，

缝理化性能及金相组织分析可得出以下结论

：

焊

缝拉伸

、

弯曲

、

晶间腐蚀等理化性能满足要求;

开裂原因分析热加工工艺

[J].

,2014,11(43):225-228.

[10]

陈国星赵可昕

，

周龙

，，

等

.TP347H

不锈钢管表面裂纹

的产生原因机械工程材料

[J].

,2010,34(3)

：

80-83.

[11]

ASME

QW-191.1,

锅炉及压力容器规范

(

第

御

卷

)[S].

[12]，

张哲峰

王文先

,

洪卫

.

TP347H

钢焊接接头微观组织

但热处理温度

1

100

益

，

保温

15min

后水冷

，

对

于厚度为

15

mm

的

347H

不锈钢时间较短

，

焊接

及断口形貌分析焊接

[J].

,2016(11):40-43.

[13]

赵勇

.

TP347H

奥氏体不锈钢高温过热器爆管原因分

接头组织未均匀化

，，

且晶粒大小不均匀

应适当

延长热处理时间

，

使焊缝组织更加均匀

。

析

[J].

吉林电力

，

2012,2(40):50-56.

[14]T23

郭赉佳谷树超

，

，，、

段鹏

等

.

、

T91

TP347H

钢管长

时服役后的显微组织和拉伸性能

[J].

机械工程材料

，

参考文献

：

[1]

戴真全

.

347H

奥氏体不锈钢的焊接热裂纹和再热裂

2020,9(24):56-66.

[15]

TP347H

牟申周

，

谢亿

，，

胡加瑞

等

.

固溶处理对冷弯

钢管组织和性能的影响

[J].

湖南电力

，

2012,12(32)

：

19-22.

纹化工设备与管道

[J]

.

，

2010,47(3):54-5

8.

[2]

尹人洁边华川

，

王婀娜

，，

等

.

大直径厚壁

TP347H

不

锈钢管的研制与开发

[J].

钢管

,2009,38(16):34-37.

[3]

丘平

.

TP347H

不锈钢厚壁管道的焊接

[J].

石油化工设

备技术

，

2011,32(3):17.

[4]

TP347H

郭慧波等

，

王琥

，，

戴一兰

.

高温条件下

焊缝开

作者简介(

：

冯玉兰

1991

—

),

女

，

在读博士

，

焊接工

程师

，

主要从事不锈钢

、

不锈钢复合管及有色金属的焊

接工艺研发工作

。

裂问题辨析

[J].

化工设备与管道

,2018,55(5):24-29.

[5]

108

王志军

，

杨永超

.

夹杂物对

TP347H

不锈钢

椎

mmx

收稿日期

：

2020-08-21

编辑

：

李红丽

中俄东线天然气管道南段全面开工

2021

年时

1

月

6

日

10

，

中俄东线天然气管道工程

(

河北永清

-

上海

)(

下简称中俄东

线南段

)

江苏段线路第七标段正式开工

，

标志着中俄东线南段沿线各省线路工程全部进

入建设阶段

，

将打通俄气入沪主通道

，

全面联通京津冀和长三角两大经济圈

。

中俄东线天然气管道工程起于黑龙江省黑河市中俄边境

，

终点是上海

，

全长

5

111

km

，

分为北

、()

中

、

南三段核准

，

分期建设

。

其中

，

北段

黑龙江黑河

-

吉林长岭

、

中段

(

吉

林长岭年底投产通气

-

河北永清

)

已分别于

20192020

年