蒸汽管道12CrlMoV鋼的焊接工藝

1、蒸汽管道12CrlMoV鋼的焊接工藝摘要:針對中煤集團鄂爾多斯圖克化肥項目240000m3/h空分裝置中蒸汽管道12Cr1MoV珠光體耐熱鋼的焊接問題，通過對12Cr1MoV鋼焊接性能分析，制定了合理的焊接施工工藝。經(jīng)過相應(yīng)檢測手段證明，采用該焊接施工工藝完成的焊縫質(zhì)量可靠，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠保證蒸汽管道的安全運行。該焊接施工工藝為今后類似的管道焊接工作提供參考價值。關(guān)鍵詞：12Cr1MoV鋼焊接工藝蒸汽管道熱處理中煤集團鄂爾多斯圖克化肥項目240000m3/h空分裝置采用內(nèi)壓縮流程，每套空分裝置中分別配置有兩臺不同型號的汽輪機。其中一臺汽輪機拖動空壓機機及增壓機，另一臺汽輪機拖動氮壓機，

2、四臺汽輪機氣源都由廠區(qū)鍋爐提供高壓過熱蒸汽，且主蒸汽管道的計溫度540C,設(shè)計壓力10.3MpaG。這種設(shè)計就使得空分裝置現(xiàn)場焊接涉及到大量蒸汽管道的焊接，而蒸汽管道的材質(zhì)選用的是12Cr1MoV珠光體耐熱鋼。由于其負(fù)載壓力大，介質(zhì)溫度高，工作條件復(fù)雜，所以該類型的管道焊接工藝及質(zhì)量控制措施是現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制的關(guān)鍵點。其中，159以上焊口總數(shù)達300個，最大規(guī)格尺寸為500X45mm由于該工程工期緊、技術(shù)要求高，因此制定合理的焊接工藝，對保證焊接質(zhì)量同時控制施工進度非常重要。112Cr1MoV鋼的焊接性能分析12Cr1MoV鋼屬于低合金珠光體耐熱鋼，其化學(xué)成份及機械性能見表11。按國際焊接學(xué)會

3、（HW）碳當(dāng)量公式計算12Cr1MoV鋼的碳當(dāng)量，元素含量在一定范圍內(nèi)的取中間值2:根據(jù)現(xiàn)場的實際經(jīng)驗，當(dāng)Ceq0.4時，焊接接頭淬硬傾向大，可能出現(xiàn)冷裂紋。而通過計算得到的12Cr1MoV鋼Ceq值達0.527%,故證明12Cr1MoV鋼的冷裂敏感性很大，可焊接性較差，再考慮到實際管道直徑最大為500焊縫較長，構(gòu)件剛性較大。所以為保證焊接施工質(zhì)量，必須制定合理的焊接方法，采取控制管道組對及坡口清理、焊前預(yù)熱、保證層間溫度、焊后熱處理等工藝措施。2焊接方法選擇為了確保管道全焊透，進一步地提高現(xiàn)場焊接工作效率，打底焊采用單面焊接雙面成形的鎢極氬弧焊（GTAW）打底焊，填充焊及蓋面焊則采用能進行全

4、位置焊接的焊條電弧焊（SMAW）。采用氬弧焊打底的工藝，可以得到優(yōu)質(zhì)焊接接頭，保證焊縫根部質(zhì)量，且外觀成像好，在焊接過程不易清理藥皮、焊渣及其他雜質(zhì)不會進入管道內(nèi)部。3焊接材料選擇焊接材料的選擇要保證焊縫化學(xué)成分與母材相當(dāng)，以保證焊縫金屬具有相似的熱強性；并適當(dāng)降低焊縫金屬的強度以提高其塑性變形能力，緩和焊接接頭的受力狀態(tài)，有利于降低再熱裂紋的敏感性和改善熱影響區(qū)的冷裂傾向。綜合以上考慮，焊絲選用大西洋CHG-55B2V珠光體型耐熱鋼用鍍銅TIG焊絲，加入了適量的V，焊絲有更優(yōu)的抗蠕變性能和熱強性能；焊條則選用大西洋CHH317低氫鈉型藥皮的低合金鋼焊條，飛濺小，電弧穩(wěn)定，脫渣容易，焊縫成形美

5、觀。根據(jù),鎢極氬弧焊宜用鈰鎢棒，鎢棒直徑為2.5mm使用氬氣純度應(yīng)在99.99%以上；焊條使用前須放在自控烘干爐中進行380C烘干，并保溫1.5h?，F(xiàn)場施焊時，焊條需放在保溫桶內(nèi)保持溫度150C左右，并蓋好保溫桶，每次焊接不多拿焊條，防止烘干的焊條重新受潮；建立嚴(yán)格的焊條領(lǐng)用制度，保證焊工拿不到未經(jīng)烘干的焊條。4焊接環(huán)境及設(shè)備根據(jù):焊條電弧焊焊接時，風(fēng)速等于或大于8m/s;相對濕度大于90%;下雨或下雪時露天作業(yè)時，焊接應(yīng)采取防護措施，否則，應(yīng)停止焊接工作。鄂爾多斯圖克項目地處內(nèi)蒙古境內(nèi)，每年11明15日開始室內(nèi)供暖，冬季雨雪天數(shù)多，最冷溫度可達零下二十幾度，春季多風(fēng)沙天；而該項目管道焊接工作

6、主要安排在春節(jié)前后四個月時間。為了保證焊接質(zhì)量的前提下抓緊工作進度，當(dāng)室外溫度較低時，現(xiàn)場管道預(yù)制工作盡量安排在壓縮機廠房內(nèi)；當(dāng)室外工作時風(fēng)沙較大超過標(biāo)準(zhǔn)值，在管道焊接時需要搭設(shè)防風(fēng)棚，并用保溫棉將管口兩端堵好，防止穿堂風(fēng)，影響焊接質(zhì)量。焊機選用ZX7-400逆變式直流弧焊機，鎢極氬弧焊打底時米用正接法，焊條電弧焊時米用反接法。5焊接工藝5.1坡口選擇管道焊縫焊接的坡口加工形式為V型坡口。采用磁力管道氣割機用乙炔火焰加工坡口，氣割后去除割渣，并用磨光機打磨坡口表面，把兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油、漆、垢、銹、毛刺及其他雜質(zhì)清除干凈，確保坡口均勻完整，并用PT滲透探傷做100%著色檢測，沒有裂紋、夾層

7、等缺陷后方能進行下一步管道的組對工作。5.2組對要求根據(jù)GB50236-2011表的規(guī)定，組對要求如表2所示，組對完畢后需要使用150mm鋼板尺和焊接檢驗尺進行檢驗，絕不允許強力組對。點固焊采用鎢極氬弧焊，每個焊口均分四等分并對稱點固四點，以減少變形及應(yīng)力，點固焊縫要薄且牢固，焊縫長度5mm左右。點固后仔細(xì)檢查焊縫，發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理后方可重新點焊3。5.3焊前預(yù)熱焊接前對管道進行預(yù)熱的主要目的是改善材料的可焊性，可以降低焊接接頭區(qū)域的溫差，使熱影響區(qū)的淬硬傾向減弱。根據(jù)Ito-Bessyo和Seferian提出的計算預(yù)熱溫度的公式4:按最大壁厚S=45mm計算T0=130C，因此焊前預(yù)熱溫度最

8、低預(yù)選為150C，施焊過程中使用履帶式電加熱器預(yù)熱焊件，最好使用保溫棉包裹住電加熱器以減少熱量損失，加快預(yù)熱時間?？紤]到儀器實際測量誤差的因素，當(dāng)紅外線測溫儀測得坡口端溫度達150C250C即可開始焊接。焊前預(yù)熱的加熱范圍，應(yīng)以焊縫中心為基準(zhǔn)，每側(cè)不應(yīng)小于焊件厚度的3倍，且不應(yīng)小于100mm。5.4焊接參數(shù)對接焊采用多層多道焊，多層焊的接頭應(yīng)錯開；每層焊接完成后應(yīng)仔細(xì)清渣，焊接層間溫度保持在200C250C;因故中斷焊接后，在施焊前應(yīng)檢查焊層表面，確認(rèn)無裂紋后，方可按原工藝要求繼續(xù)施焊；嚴(yán)禁在坡口外母材表面引弧或試驗電流。具體焊接參數(shù)見表3。5.5焊后保溫根據(jù)的要求，對易產(chǎn)生延遲裂紋的鋼材，焊

9、后應(yīng)立即進行焊后熱處理。當(dāng)不能立即進行焊后熱處理時，應(yīng)在焊后立即均勻加熱至200350C，并進行保溫緩冷。因為焊縫需先進行無損檢測探傷，合格后方能進行焊后熱處理，所以焊接完成后先將整道焊縫用履帶式電加熱器進行加熱，再用保溫棉包好扎緊緩冷。6質(zhì)量檢驗焊縫完成24h之后，按JB/T4730.2-2005標(biāo)準(zhǔn)，使用XXQ-2505型X射線探傷機進行100%檢測，透照方式為垂直透照及雙壁單影，合格級別為H級，一次拍片合格率97%以上。根據(jù)設(shè)計院圖紙要求所有12Cr1MoV鋼管道應(yīng)采取100%X射線檢測，但目前便攜式X射線機最大的功率是3505kV，最大穿透厚度在45mm左右，使用雙壁單影透照方式的話，

10、管壁厚度不能超過22mm,但是現(xiàn)場管道最大壁厚為45mm。對于工程中所涉及的厚壁管道，實際檢測當(dāng)中一般采用丫射線、超聲波、TOFD檢測等方法。若使用丫射線檢測，其運輸、儲放、備案、防護等面臨諸多困難；且丫射線檢測會造成底片灰霧度增加、清晰度差等技術(shù)因素，會造成缺陷漏檢；丫射線還造成人員心理恐慌，所以不建議采用。TOFD檢測也有局限性，對于厚度、曲率有限制；對于彎頭與直管對接內(nèi)彎處存在盲區(qū)；對于大小頭對接焊縫檢測有困難；TOFD檢測在上下表面也存在盲區(qū)，所以也不建議采用。而超聲波檢測具有靈敏度高，對人體無害，測試時不需要接電源，實際操作位置方便靈活等優(yōu)點。綜合考慮，對于壁厚大于22mm管道檢測方

11、法還是采用100%超聲波檢測，設(shè)備型號HS610e,檢測方法為一次波反射法。無損檢測發(fā)現(xiàn)有缺陷時需進行返修，焊縫同一部位返修次數(shù)不得超過兩次。7焊后熱處理焊后熱處理的目的是消除或減少在焊接過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋，改善金相組織，提高塑性和韌性。焊后熱處理溫度應(yīng)避免再熱裂紋敏感的溫度范圍500C700C內(nèi)，故熱處理溫度選擇高于再熱裂紋敏感溫度的720C左右，使用設(shè)備為ZWK-l-60kW智能溫控儀、履帶式電加熱器及電熱偶測溫儀，并相應(yīng)地配備保溫棉，其過程曲線如圖1所示。8硬度檢測焊后熱處理后應(yīng)進行硬度檢測來檢查熱處理效果，位置在焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)外15cm范圍內(nèi)。硬度值超標(biāo)則說明金相組織是馬氏體，易產(chǎn)生裂紋；硬度值合格則說明金相組織是珠光體+鐵素體，符合要求。熱處理后對焊縫金屬進行硬度檢驗，根據(jù)SH3501-2011表10要求，焊縫的檢測硬度225HB每個焊口隨機測量3點，實測結(jié)果均符合規(guī)程要求。9結(jié)論12Cr1MoV鋼蒸汽管道做液壓試驗，在水壓試驗過程中未有發(fā)現(xiàn)有焊口滲漏現(xiàn)象，證明了焊縫質(zhì)量的可靠性。本文通過對12Cr1MoV珠光體耐熱鋼焊接性能