海水淡化产业中的SMO254奥氏体不锈钢焊接

加利福尼亚州遭遇第三年的前所未有的旱灾。如果能谋求到将湖水弱化的办法，那将是改变现状湖泊、水库水量急剧减少的极佳方式。在哈瓦那县，部分地区旱灾或其严重，少于90%的用水都是从佩列莫加引入。

由于哥伦比亚河等湖泊力不从心，再加上缺少积雪，人们不得不去谋求一个全捷伊软件系统。为了缓解水源危机，在往后的几十年里，加利福尼亚州像以色列、科威特和澳大利亚等国家学习，种植大量植物，并展开湖水弱化掌控技术升级。

马尔堡穆尔湖水弱化厂，位于哈瓦那北部约35英哩处，利用湖水溴化氰(RO)掌控技术，每天可以将约1亿公升的湖水变成5000万公升的可饮水。这占到了哈瓦那县供水量的7%，同时有利于实现水源的多样化供给和本地供给。

世界上湖水溴化氰弱化掌控技术被广泛使用在解决水源短缺问题上，这项掌控技术涉及一项重要掌控技术：须要一个能承受约1000psi(6.9MPa)的钢筋，在酸度下透过熔体科散囊盐份而允许氧原子透过。

除此之外，该管还要能在7% 水温的湖水中保持较好的耐易燃，以满足最低30年的结构设计寿命。在往后，超级PR320钢制是此类钢筋可优先选择的金属材料，但是也有其缺点：冲压操控性差，并带来了潜在性风险：如果冲压接点不能维持莱氏体和电感的平衡，将使得冲压接点机械操控性、延展性和耐蚀操控性显著降低。

现在有一个捷伊优先选择——SMO 254(UNS 31254)金属材料，具有优秀的耐腐蚀操控性 (耐点蚀钚PREN > 40)，同时具有较好的冲击延展性、耐氟化物应力腐蚀脱落操控性和较好的可可焊性和模量。

接点结构设计和冲压工艺掌控技术

工艺掌控技术工程师们结合之前在湖水弱化项目中积累的经验及捷伊试验研究，开发适合SMO 254管线冲压的工艺掌控技术。优先选择气体钨焊(GTAW)方式展开该金属材料的冲压，虽然这须要非常强的技巧，但它能够对热输出或其他变量展开精确的掌控。众所周知的对冲压头V 型坡口结构设计如右图右图。

管线厚度范围从0.3寸到 0.866寸。右图为众所周知的管线冲压装配形式，透过接合处来展开固定和保证表皮间隙。

莱氏体钢制的冲压在沟槽地区易产生热裂缝吗，尤其是焊件受到约束的情况下。除此之外，SMO 254金属材料具有较高的电阻率和高的受热率，因此， 热输出和冲压次序掌控要以减轻冲压过程中的潜在性变形为目的。

冲压工艺掌控技术规范 (WPS)限定腮红焊时热输出不少于1.5kJ/mm，而充填焊时热输出不少于0.9kJ/mm。这须要对冲压过程中的温度和速度展开持续的监控， 虽然这是一个乏味漫长的质量掌控任务，但是要要考虑到金属材料对热输出的敏感性热和导致冲压缺陷的风险。腮红焊的冲压电流范围是80 – 125A，而充填焊是是70 – 100A。

另一个影响热输出的是冲压工艺掌控技术，管线的制造方式决定了冲压时需采用长距离的对接方式冲压，并且焊后存在较大拉应力。这样的沟槽的与众不同在于焊工须要经受较好的训练以保证冲压过程各项参数均符合WPS要求，右图为采用这项掌控技术完成的沟槽。

当环境温度高于10°C 时，SMO 254通常不须要焊前预热。然而为应对金属材料对热输出和热裂缝的敏感性，最大层间温度设定为95°C。

对于钢制冲压来说，气体保护是是确保冲压较好十分关键的一步，可利用98%氩气和2%氮气的混合气体展开冲压。为保证气体保护的有效性和较高的成本，管线冲压采用外部气体保护的同时，管线内部采用悬挂气囊的方式对沟槽表皮展开保护。

内外保护气体成分相同，外部保护气流速为9.34-16.4L/min，衬底保护气流速为2.3 -28.3 L/min，冲压前采用氧含量检测仪以保证保护地区的氧含量低于 WPS设定值——0.05%。当沟槽充填厚度达到8毫米后，只须要外部保护气体展开保护。

钨极气体保护焊（GTAW）采用EW-Th-2钍钨极，直流正极性(DCSP或DCEN)， 冲压采用直径1.6-3.2mm规格的ER NiCrMo-3焊丝，右图为SMO254管线展开腮红焊的照片。

培训及地方行业协会支持

哈瓦那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。

但是对于当地的行业协会来说，SMO254仍是非常具有挑战性的金属材料，这也间接的给焊工资格证的颁发机构提出了难题，因为认证高水平的焊工也是项目能否成功的关键一环，他们采用以下几个步骤来克服这个问题。

负责这项工作的管理者们找到了当地的行业协会，促成了利用当地培训中心来选拔和培训展开SMO254冲压的焊工。当地行业协会还派出富有经验的质量经理来展开协助，确保在培训过程中实施最高标准并给予指导。

测试在直径76.2mm、厚度11mm的SMO管上展开，并要求焊工在工地现场完成6G位置冲压操作。右图为焊工培训中冲压的试样。

所有沟槽都要经过射线探伤，除此之外，冲压件还要透过ASTM G41的腐蚀测试，这些都是焊工能取得SMO管线冲压资格的基础要求。平均来说，一个熟练的焊工一般花上两周左右的时间就能透过这项资格考试。

这也让哈瓦那诞生了一个捷伊焊工培训体系，并促使项目承包商和地方之间的联系更加紧密。

验证及检验

254 SMO管线在湖水弱化工程中是至关重要的，因此其可靠性也非常重要。除此之外，由于管线工作时将承受约6.9MPa的压力，这就要求工程师须要按照ASME B31.3标准的要求对沟槽展开100%的探伤。

除此之外，工艺掌控技术工程师推荐采用焊后放置一段时间后展开染色液体渗透试验，并按照相关ASME标准展开视觉检验。

右图为采用染料渗透测试表皮焊道的过程。

以下参数在冲压期间须要被记录下来：电压(V)、电流(A)、冲压长度(mm)、冲压时间(s)、外部保护气流速(L/min)、衬底保护气流速(L/min)、氧含量(%)、温度(°C)

以下数据透过测量和计算得到：冲压速度(mm/s)=冲压长度(mm) / 冲压时间(s);冲压热输出(J/mm)=电流(V)×电压(A) / 冲压速度(mm/s)。

这些数据将被审核，以确保没有焊道参数违反WPS规定，尤其是热输出。这须要质量管控代表(QC)仔细收集数据，准确计算，检查结果，以确保符合规定。除此之外，这些数据会被保留在记录文档中。

右图显示了焊工在QC的监督下执行冲压操作和数据记录。

虽然对SMO 254的冲压过程监督和数据收集增大了QC和质保部门的工作量和工作难度，但这也是确保焊件质量及达到结构设计寿命的关键部分。

由于SMO 254对热输出的敏感性，易发生诸如裂缝、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管线， 沟槽要求100%透过探伤检验。

结论

湖水弱化行业在美国具有巨大的增长潜力，而马尔堡穆尔湖水弱化厂目前正处于该行业的最前沿。

在湖水溴化氰（RO）掌控技术当中，管线冲压要求在焊后仍然能保持很高的耐湖水腐蚀操控性并能在高压环境下具有长的使用寿命，相比较其他合金金属材料而言，SMO 254具有这样的能力，但应透过对冲压过程、顺序的仔细监测和规划来降低产生热裂缝等缺陷的风险。除此之外，透过培训获得熟练技能的焊工也是确保湖水弱化项目获得成功的关键所在。

最后，精心掌控和记录的质量掌控项目是保证冲压生产至关重要的一步，借此确保构件的长的使用寿命，和避免未来产生的昂贵维修费用。成功地冲压耐腐蚀合金254 SMO，也就昭示着将使美国摆脱旱灾的崭新行业的光明前景。