Welcher Schweißprozess wird für 347H Edelstahlrohre verwendet?

Das Schweißverfahren für 347H Edelstahlrohre muss sowohl die Austenitstrukturmerkmale als auch die stabilisierende Wirkung der Niobelemente berücksichtigen, um interkristalline Korrosion, Heißrisse und andere Probleme zu vermeiden und gleichzeitig die Hochtemperaturleistung zu gewährleisten. Folgende sind die detaillierten Schweißverfahrenspunkte basierend auf den Materialeigenschaften und der Ingenieurspraxis: 

I. Auswahl der Schweißmaterialien

1. Schweißdraht (Zusatzwerkstoff)

Standard-Schweißdraht

Verwenden Sie ER347 mit Niob (z. B. AWS A5.9 ER347, Zusammensetzung: C ≤ 0,08%, Cr18 - 21%, Ni9 - 11%, Nb ≥ 8×C%), um die Bildung von stabiler NbC in der Schweißnaht sicherzustellen und interkristalline Korrosion durch die Ausscheidung von Karbiden zu vermeiden.

Schweißdraht ohne Argonzufuhr

Zum Beispiel TGF - 347 (Rohrgutdraht). Durch die Desoxidationsmittel im Flussmittel (z. B. Al, Ti) bildet sich während des Schweißens ein rückseitiger Schutzschlacke. Es ist keine zusätzliche Argonzufuhr erforderlich. Geeignet für die Allpositionsschweißung von Baustellenrohren (z. B. 6G - Schweißverbindungen), erhöht die Effizienz um mehr als 30%.

Schweißstäbe

Für die Handschweißung kann E347 (z.B. AWS A5.4 E347-16) ausgewählt werden, das für Wartungsarbeiten oder das Schweißen von dickwandigen Rohren verwendet wird. Die Trocknungstemperatur beträgt 150-200℃, und die Haltezeit beträgt 1 Stunde.

2. Zu vermeidende Schweißmaterialien

Das Verwenden von ER321-Schweißdraht, der Titan enthält, ist verboten, da Titan bei hohen Schweißtemperaturen leicht verbrennt (Oxidationstemperatur ca. 600℃), was zu einem unzureichenden Titangehalt in der Schweißnaht führt und es nicht möglich ist, Kohlenstoff effektiv zu fixieren, wodurch das Risiko der interkristallinen Korrosion erhöht wird.

II. Schweißverfahren und anwendbare Szenarien

Bild (Abbildung 1) 

III. Vorbereitung vor dem Schweißen

Nutenbearbeitung 

Unter Verwendung von mechanischer Bearbeitung (Drehmaschine, Fasenfräse) oder Plasm Schneiden (es ist erforderlich, die Oxidschicht zu schleifen), werden die empfohlenen Fasenformen V-förmig (Winkel 60±5°) oder U-förmig (Wurzelradius 3-5mm) mit einer Fasenkante von 1-2mm und einem Spalt von 2-3mm empfohlen. Vermeiden Sie die Kantenoxidation, die durch manuelles Gas schneiden verursacht wird.

Oberflächenreinigung 

Entfernen Sie Öl, Wasser und Farbe von der Fase und dem 20mm-Bereich auf beiden Seiten mit Aceton oder Alkohol. Verwenden Sie eine Edelstahl-Staubbürste, um Zunder oder Rost zu entfernen. Lassen Sie keine Kohlenstoffstahlwerkzeuge mit dem Grundmaterial in Kontakt kommen.

Rückseitenbeschichtung (Verfahren ohne Argonfüllung) 

Vor dem Schweißen wird das Rohr mit Argon gefüllt (Durchflussrate 15 - 20L/min), bis der Sauerstoffgehalt weniger als 50ppm beträgt (überwacht durch einen Sauerstoffgehaltsdetektor), um die Oxidation der Rückseite und die Bildung einer chromarmen Schicht zu verhindern. 

IV. Schweißprozesskontrolle

Wärmeeintragskontrolle 

Kontrollieren Sie strikt den Schweißstrom und die Geschwindigkeit, wobei der Wärmeeintrag ≤ 1,5 kJ/mm sein sollte (für dünnwandige Rohre ≤ 1,0 kJ/mm). Verwenden Sie die Technik des niedrigen Stroms, des schnellen Schweißens und der schmalen Schweißraupen, um die Dauer der hohen Temperatur zu reduzieren und die Kornvergröberung und die Ausscheidung von NbC zu vermeiden. Zwischenschichttemperatur

Bei der Mehrlagen-Schweißung sollte die Zwischenlagentemperatur auf 100 - 150℃ kontrolliert werden. Dies kann mithilfe eines Infrarot-Thermometers in Echtzeit überwacht werden, um zu verhindern, dass das Schweißgut aufgrund einer zu hohen Zwischenlagentemperatur übermäßig altern.

Wichtige Betriebspunkte

Bei der WIG-Schweißung halten Sie die Wolframelektrode 2 - 3mm von der Nut entfernt und verwenden Sie eine gerade Linie oder kleine Schwingungen, um ein Bogenschweifen zu vermeiden, das zum Versagen des Schutzes führen kann; bei der MAG-Schweißung halten Sie die Länge des Schweißdrahts auf 15 - 20mm, um zu verhindern, dass der Draht überhitzt und oxidiert.

Bei der Allpositionsschweißung (z. B. Rohranschlussöffnungen) verwenden Sie lieber "Aufwärts-Schweißen" oder "Horizontal-Schweißen nach unten", kontrollieren Sie die Form des Schmelzpfads und reduzieren Sie den Abfluss von flüssigem Metall nach unten.

V. Nachbehandlung nach der Schweißung

Schweißnahtreinigung 

Entfernen Sie die Oberflächenschweißschlacke und -spritzer (mit Edelstahlmeißeln oder Schleifscheiben). Verwenden Sie keine Kohlenstoffstahlwerkzeuge, um eine Eisenionenkontamination zu vermeiden.

Wärmebehandlung (auf Wunsch) 

Lösungsglühung

Für dickwandige Rohre (mit einer Wandstärke von mehr als 15 mm) oder kritische Bauteile ist nach dem Schweißen eine Lösungsglühung bei 1020 - 1100°C erforderlich. Eine Wasserkühlung zur schnellen Abkühlung ist notwendig, um sicherzustellen, dass NbC vollständig gelöst wird und die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion wiederhergestellt wird.

Spannungsarmglühen

Wenn das Werkstück Wechselbelastungen standhalten muss, kann ein Spannungsarmglühen bei 650 - 700°C (mit einer Haltezeit von 1 - 2 Stunden für eine Dicke von 25 mm) durchgeführt werden. Anschließend wird der Ofen auf unter 300°C abgekühlt und an der Luft abgekühlt, um das Risiko der Spannungskorrosion zu verringern. Oberflächenbehandlung

Für Komponenten mit hohen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit wird nach dem Schweißen eine Säurebeize und Passivierung durchgeführt (z. B. 30 Minuten lang in einer Lösung von 20% HNO₃ + 5% HF einlegen) oder eine mechanische Polierung (mit einer Rauheit von Ra ≤ 1,6 μm), um die Oberflächenoxidation zu entfernen. 

VI. Qualitätsprüfung und Fehlervermeidung

Nichtzerstörende Prüfung 

Röntgenprüfung (RT)

Die Prüfung wird gemäß ASTM E155 oder GB/T 3323 durchgeführt. Die Qualitätsklasse I gilt als bestanden. Der Schwerpunkt liegt auf der Erkennung von mangelnder Durchschmelzung und Poren (einzelne Poren mit einem Durchmesser ≤ 1,5 mm, dichte Poren ≤ 3 pro 100 mm).

Penetrantprüfung (PT)

Zur Erkennung von Oberflächenrissen wird ein lösungsmittelbasierter fluoreszierender Penetrant mit der Empfindlichkeitsklasse B verwendet.

Häufige Fehler und Gegenmaßnahmen 

Wärmerisse:,

Die Ursache ist die Ausscheidung von NbC während der Erstarrung des Schmelzbades, was zur Versprödung der Korngrenzen führt. Gegenmaßnahme ist die Kontrolle des Schwefel- und Phosphorgehalts (Grundmetall S ≤ 0,030 %, P ≤ 0,035 %) und die Reduzierung der Schweißspannungen (Zwangsmontage vermeiden).

Interkristalline Korrosion:

Sie wird meist durch die fehlerhafte Auswahl der Schweißwerkstoffe oder einen zu hohen Wärmeeintrag verursacht. Es ist erforderlich, dass der Nb/C-Gehalt des Schweißdrahtes ≥ 8 beträgt, und eine nachträgliche Lösungsglühbehandlung umgehend durchzuführen. Pore

Der Hauptgrund ist, dass das Schutzgas nicht rein ist oder die Fuge nicht gründlich gereinigt wurde. Daher muss hochreines Argon (mit einem Taupunkt von ≤ -40 °C) verwendet werden, und das Öl muss vor dem Schweißen vollständig entfernt werden.

VII. Anwendungsfälle in der Technik

Schweißen von Kesselrohren in Kraftwerken,

In einer 600℃-Superkritikeinheit wurde das Φ108×12mm 347H-Rohr geschweißt, wobei das TIG-Verfahren für die Grundschicht (ER347, φ2,4mm, Strom 120A) und das Handbuchschweißen für die Füll- und Deckschichten (E347, φ3,2mm, Strom 100A) angewendet wurden. Nach dem Schweißen wurde eine 100%-ige RT-Prüfung durchgeführt, und die Einmal-Qualifizierungsrate lag über 98%.

On-site-Schweißen von thermischen Energiespeichertanks für geschmolzene Salze

Es wurde eine Rundumschweißung mit TGF-347-Fülldraht (φ1,2mm) durchgeführt. Für die Rückseite war kein Argon erforderlich, und die Schweißgeschwindigkeit wurde auf 0,8m/min erhöht. In Kombination mit der Magnetpulverprüfung (MT) wurde sichergestellt, dass die Schweißnahtoberfläche keine Risse aufweist. Dies wurde in einem 50MW-Thermieprojekt in Qinghai angewendet, mit einer kumulativen Schweißlänge von über 10km. 

Zusammenfassung

Der Kern des Schweißens von 347H-Stahlrohren liegt darin, die Hochtemperaturfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit durch die Verwendung von niobhaltigen Schweißwerkstoffen, die strenge Kontrolle der Wärmezufuhr und gezielte Nachbehandlungen nach dem Schweißen auszugleichen. Bei der praktischen Anwendung muss die Schweißmethode in Abhängigkeit von der Werkstückdicke und der Betriebsumgebung ausgewählt werden. Effiziente Verfahren wie diejenigen ohne Argonfüllung sollten priorisiert werden. Gleichzeitig sollte auf die Reinigung der Fase und die Reinheit des Schutzgases geachtet werden, um sicherzustellen, dass die Eigenschaften der Schweißnaht mit denen des Grundwerkstoffs übereinstimmen und die langfristigen Betriebsanforderungen unter rauen Bedingungen wie in der Energie- und Chemieindustrie erfüllt werden.