316L不锈钢薄板埋弧焊工艺

Welding Technology Vol．40No．2Feb. 2011·焊接质量控制与管理·

文章编号：1002－025X(2011)02-0051-03

316L 不锈钢薄板埋弧焊工艺

韩书芹，马万洪，赵毅青，王

立，杨

鲲，郑金刚，信连胜，祁洪卫，韦福水，杜剑峰

（天津大学北洋化工设备有限公司，天津300072）

摘要：论述了316L 不锈钢的焊接性。选用ER316L 焊丝配用SJ601焊剂，进行了316L 薄板埋弧焊的焊接工艺评定试验。用经过评定合格的SAW 工艺，对厚度分别为6mm 和5mm 的316L MA 水解塔的纵焊缝和环焊缝进行施焊。焊后依据JB /T 4730．2—2005标准进行了

RT 检验，其一次合格率为100％。

关键词：316L 不锈钢；薄板；容器；埋弧焊中图分类号：TG445

文献标志码：B

0引言

本公司承接了宁波某化学公司“MA 水解塔”和

1．1热裂纹

316L 属奥氏体（A ）不锈钢。由于其热导率λ

小，热膨胀系数α大，因此，在焊接局部加热和冷却的条件下，焊缝金属凝固过程中产生较大的拉应力。这就是产生焊接热裂纹的力学因素。此外，焊接熔池结晶时，易于联生结晶，形成方向性强的柱状晶组织。如果熔池中的S ，P 含量较大，它们与Ni 生成低熔点共晶，并存在于柱状晶间，形成了低强度的晶间液膜。这就是产生焊接热裂纹的冶金因素。晶间液膜在拉应力的作用下，产生焊接热裂纹。

“MA 水解液分离塔”的制作任务。MA 水解塔的高度为23．3m ，内径为1500mm 。塔的工作压力为0．1

MPa ，设计压力为0．2MPa 。塔的主体材质为6mm 厚

的316L （022Cr17Ni12Mo2）不锈钢。MA 水解液分离塔的高度为19．25m ，内径为1000mm 。塔的工作压力为0．105MPa ，设计压力为0．2MPa 。塔的主体材质为5mm 厚的316L 不锈钢。

由于在JB /T 4709—2000《钢制压力容器焊接规程》

［1］

中，316L 钢推荐选用的焊接材料只有A0221．2残余应力和变形

由于316L 不锈钢的热物理性能的特殊性，它与一

（E316L－16）焊条，因此大多采用焊条电弧焊焊接该钢制造的压力容器［2－6］。但文献［7-8］是采用埋弧焊焊接工艺，其容器的板厚分别为25mm 和16mm ，属中厚板。本文参照上述文献完成了316LMA 水解塔及水解液分离塔的焊接制作。

般的结构钢相比，焊接过程中易产生较大的应力和变形，因此，焊后的残余应力和残余变形也较大，导致厚板容器焊接残余应力过大；薄板容器焊接残余变形量超标。此外，还增加了容器使用过程中产生SCC 的诱因。

1．3

316L 钢的焊接性

316L 钢的化学分成见表1。316L 不锈钢焊接时，

易产生热裂纹；焊后会出现较大的残余应力和变形；容器在使用过程中有可能产生晶间腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC ）。

元素

表1

晶间腐蚀

C 含量是影响晶间腐蚀的重要因素。虽然316L

是超低碳不锈钢，有较强的抗晶间腐蚀能力；同时其成分中有w （Mo ）2%，可使其在还原性酸中表面形成很稳定、很致密、很完整而且与金属基体结合牢固不易剥落的钝化膜，可增强钢的耐腐蚀性，但是焊缝组

316L 钢的化学成分（质量分数）

（％）

C Cr Mo

织是呈方向性强的柱状晶，在晶界上杂质较多，有产生晶间腐蚀的倾向。

标准值≤0．03016．0～18．010．0～14．0≤2．00≤0．752．00～3．00≤0．03≤0．045测定值

0．0316．639．921．390．482．070．00640．024

1．4SCC

关于SCC 的机理有多种不同看法［9］。下面针对酸

收稿日期：2010-08-06

·焊接质量控制与管理·

表2

元素

焊接技术第40卷第2期2011年2月

（％）

性介质工作条件下的316L 不锈钢压力容器的SCC 机理作一简要阐述。与酸性介质接触的316L 不锈钢焊接接头表面，首先发生电化学腐蚀。经过一段时间后，金属表面产生狭而长的微裂纹。由于316L 钢焊接接头中存在较大的残余拉应力，因此，在其裂纹端部产生应力集中，加之渗入裂纹内的呼吸介质起到了楔入作用，促使裂纹扩展，从而又使之暴露新鲜的金属表面继续发生腐蚀。由此可见，焊接残余应力可加速裂纹的扩展。久而久之，导致焊接接头产生脆性断裂。

综上所述，为了保证本公司所制造压力容器的焊接质量，严格控制316L 板材和焊材中的C ，S ，P 含量是十分必要的；焊接时采用合理的焊接工艺，减小焊接热输入，并确定合理的焊接顺序，以减小焊接过程中的应力和焊后的残余应力及残余变形，也是十分必要的。

焊道正面背面

ER316L /SJ601熔敷金属化学成分（质量分数）

C S P

标准值≤0．0417．0～20．011．0～14．00．5～2．5≤0．92．00～3．00≤0．030≤0．045测定值

0．0217．8911．061．330．5462．130．01030．028

2．1．3焊接工艺参数

对HP－57进行埋弧焊焊接工艺评定时的焊接工

艺参数见表3。

表3

HP－57试件的SAW 工艺参数

焊丝直径/mm 电源极性焊接电流/A 电弧电压/V 焊接速度/（cm ·min -1）

3．23．2

EP EP

502～505510～512

31．8～32．731．7～32．3

5456

2．2晶间腐蚀试验

按照GB /T 4334—2008《金属和合金的腐蚀———

不锈钢晶间腐蚀试验方法》中的方法E ，不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法［11］，对316L 钢SAW 焊接接头进行耐晶间腐蚀试验。

2焊接工艺评定试验

按照JB 4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评

定》标准中相关规定［10］，进行316L 埋弧焊的焊接工艺评定试验，其编号为HP－57。

33．1

焊接工艺评定结果力学性能

2．12．1．1

接头形式、焊材及焊接工艺参数接头形式

试验用316L 不锈钢板的厚度为10mm 。正面采

HP－57试样的力学性能见表4。从表4中可见，HP－57试样的力学性能是合格的。

表

用I 形破口；背面采用碳弧气刨进行清根后，用砂轮打磨，经着色检验结果合格后，进行埋弧焊。

HP－57试件的力学性能

A （％）58．2

56．2

54．2

弯曲试验面弯合格

背弯合格

R m /MPa

测量值平均值

2．1．2焊接材料（1）焊丝

采用了与316L 钢相匹配的ER316L

610．5

608．5

606．6

（H03Cr19Ni12Mo2Si ）焊丝。

（2）焊剂

3．2金相组织

图1是316L 母材金相组织，图2，3分别是100

SJ601是焊接不锈钢用的碱性烧结焊剂，与HJ260焊剂相比，其熔敷金属具有不增Si ，不增C ，Cr 及Ni 元素烧损少的特点。此外，SJ601焊

剂的焊接工艺性能优良，脱渣容易，焊缝成形美观。因此，选用SJ601焊剂与ER316L 焊丝相匹配。

倍和400倍的焊缝组织，图4是焊缝与母材间熔合区金相组织。

ER316L 焊丝配用SJ601焊剂进行埋弧焊，熔敷

金属的化学成分见表2。

图1

母材组织

100×图2焊缝组织100×

Welding Technology Vol．40No．2Feb. 20

11·焊接质量控制与管理·

5结论

（1）采用ER316L 焊丝配用SJ601碱性烧结焊剂

对316L 奥氏体不锈钢进行埋弧焊，具有不增C 和

Si ，Cr 及Ni 元素烧损少的特点，其焊接工艺性能优

图3

焊缝组织

400×图4熔合区组织100×

良，脱渣容易，焊缝成形美观。

（2）316L 薄板埋弧焊，采用I 形坡口，背面采用碳弧气刨清根后，用砂轮打磨，经着色检验合格后，再进行埋弧焊。其工艺过程较为简单，且能保证焊接质量。

（3）采用上述经评定合格的焊接工艺方法，对板厚为6mm 的316L 不锈钢MA 水解塔纵缝（A 类）和板厚为5mm 的316L 不锈钢MA 水解液分离塔的环缝（B 类）进行埋弧焊。焊后按照JB /T 4730．2—

从上面的图中可见，母材316L 的组织为奥氏体；焊缝组织是呈方向性强的柱状晶；熔合区中明显存在着联生结晶。总体而言，在焊接接头各个区域的金相组织中，未发现超标的气孔、夹渣、裂纹、未熔合等焊接缺陷。

3．3晶间腐蚀

——依据GB /T 4334—2008《金属和合金的腐蚀—

不锈钢晶间腐蚀试验方法》，对在微沸状态下的硫酸－硫酸铜溶液中浸泡16h 后的埋弧焊焊接接头试样沿熔合线进行180°弯曲。然后将弯曲后的试样（图

2005标准进行RT 检测，检测结果一次合格率为100％。

参考文献：

［1］JB /T 4709—2000，钢制压力容器焊接规程［S ］．［2］林

虹．韩国产316L 不锈钢容器的焊接［J ］．安装，2001，21

5）在10倍放大镜下进行观察，未发现任何裂纹，耐

晶间腐蚀试验结果合格。

（12）：16－18．

［3］赵喆敏．奥氏体不锈钢316L 焊接性能探讨［J ］．机械管理开发，

2002（S0）：12－14．

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［5］温卫国，傅小建．316L 不锈钢脱硫塔的焊接制造［J ］．企业技术开

图5

晶间腐蚀弯曲试样

发，2007，20（5）：33－34．

［6］杨国辉．316L mod 尿素级超低碳不锈钢焊接技术［J ］. 管道技术与

设备，2005，12（5）：25－28．［7］陆

强，陈卉妍．316L 厚板埋弧焊［J ］．现代焊接，2006，7（6）：

4316L 容器的焊接

采用经焊接工艺评定合格的HP－57试样的焊接

工艺，对MA 水解塔（图6）和MA 水解液分离塔筒体的纵焊缝（A 类）和环焊缝（B 类）进行埋弧焊。焊后依据JB /T 4730．2—2005《承质设备无损检测第

31．

［8］孔祥宇．316L 超低碳不锈钢埋弧焊焊接工艺探讨［J ］．炼油与化

工，2009，20（1）：44－45．

［9］天津大学，中国石油化工总公司第四建设公司．焊接结构与生产

［M ］．北京：机械工业出版社，1993．

［10］JB 4708—2000，钢制压力容器焊接工艺评定［S ］．

［11］GB /T 4334—2008，金属和合金的腐蚀———不锈钢晶间腐蚀试验

方法［S ］．

2部分射线检测》对焊缝进行了RT 检验，其一次合

格率为100％。

作者简介：韩书芹（1967—），女，工程师，现主要从事焊接质量管

图6

水解塔

理工作.