海水淡化产业中的SMO254奥氏体不锈钢焊接

　　加州面临第四年的前所未有的干旱。如果能寻求到将海水淡化的办法，那将是解决目前河流、水库水量急剧减少的绝佳方法。在圣地亚哥县，部分区域干旱及其严重，超过90%的用水都是从外县引入。

　　世界上海水反渗透淡化技术被广泛使用在解决水资源短缺问题上，这项技术涉及一项重要技术：需要一个能承受大约1000psi(6.9MPa)的钢管，在渗透压下通过半透膜筛除盐分而允许水分子通过。

　　现在有一个新的选择SMO254(UNS31254)材料，具备优秀的抗腐蚀性能(耐点蚀当量PREN>40)，同时具备良好的冲击韧性、耐氯化物应力腐蚀开裂性能以及良好的可加工性和可焊性。

　　工艺工程师们结合之前在海水淡化项目中积累的经验及新的试验研究，开发适合SMO254管道焊接的工艺。选择气体钨弧焊(GTAW)方法进行该材料的焊接，虽然这需要非常强的技巧，但它能够对热输入及其他变量进行精准的控制。典型的对焊接头V型坡口设计如下图所示。

　　奥氏体不锈钢的焊接在焊缝区域易产生热裂纹吗，尤其是焊件受到约束的情况下。此外，SMO254材料具有较低的热导率和高的热膨胀率，因此，热输入以及焊接次序控制必须以减轻焊接过程中的潜在变形为目的。

　　另一个影响热输入的是焊接工艺，管道的制造方式决定了焊接时需采用长距离的对接方式焊接，并且焊后存在较大拉应力。这样的焊缝的与众不同在于焊工需要经受良好的训练以保证焊接过程各项参数均符合WPS要求，下图为采用这项技术完成的焊缝。

　　对于不锈钢焊接来说，气体保护是是确保焊接良好十分关键的一步，可利用98%氩气和2%氮气的混合气体进行焊接。为保证气体保护的有效性和较低的成本，管道焊接采用外部气体保护的同时，管道内部采用悬挂气囊的方式对焊缝根部进行保护。

　　钨极气体保护焊（GTAW）采用EW-Th-2钍钨极，直流正极性(DCSP或DCEN)，焊接采用直径1.6-3.2mm规格的ERNiCrMo-3焊丝，下图为SMO254管道进行打底焊的照片。

　　圣地亚哥因为拥有大量的造船厂、动力设备厂等重工业，也因此拥有大量的具有熟练技艺的工匠。

　　测试在直径76.2mm、厚度11mm的SMO管上进行，并要求焊工在工地现场完成6G位置焊接操作。下图为焊工培训中焊接的试样。

　　验证及检验

　　此外，工艺工程师推荐采用焊后放置一段时间后进行染色液体渗透试验，并按照相关ASME标准进行视觉检验。

　　以下参数在焊接期间需要被记录下来：

　　以下数据通过测量和计算得到：

　　焊接热输入(J/mm)电流(V)电压(A)焊接速度(mm/s)。

　　下图显示了焊工在QC的监督下执行焊接操作和数据记录。

　　由于SMO254对热输入的敏感性，易发生诸如裂纹、侧壁咬边、未熔透等常见缺陷。射线探伤有助于检测这些类型的缺陷，对于SMO254管道，焊缝要求100%通过探伤检验。

　　在海水反渗透（RO）技术当中，管道焊接要求在焊后仍然能保持很高的耐海水腐蚀性能并能在高压环境下具有长的使用寿命，相比较其他合金材料而言，SMO254具备这样的能力，但应通过对焊接过程、顺序的仔细监测和规划来降低产生热裂纹等缺陷的风险。此外，通过培训获得熟练技能的焊工也是确保海水淡化项目获得成功的关键所在。