何志軍 尹學(xué)明 王洪志

（1.遼陽(yáng)石化分公司設(shè)備檢修部 遼寧遼陽(yáng) 2.遼陽(yáng)石油化纖工程有限公司 遼寧遼陽(yáng)）（3.中國(guó)石油管道公司沈陽(yáng)龍昌管道檢測(cè)中心 沈陽(yáng)）

一、基本情況

公司煉油廠加氫裂化裝置所用廢熱鍋爐維修，需要將廢熱鍋爐與轉(zhuǎn)化爐之間的連接管再焊接。焊接部位管外徑426 mm，管壁厚度36 mm，材料為Cr20Ni32鋼的進(jìn)口管，該管材用鋼的成分 C≤0.12，Si≤1.5，Mn≤2，P≤0.035，S≤0.03，Cr19%～22%，Ni31%～33%。焊接部位見(jiàn)圖1。

主要焊接難點(diǎn)：（1）舊管和新廢熱鍋爐焊接易產(chǎn)生熱裂紋和晶間腐蝕。（2）廢熱鍋爐的大小頭和舊管的厚度、直徑不一致，易產(chǎn)生錯(cuò)邊、未熔合、未焊透等缺陷。（3）管壁厚，焊條藥皮不易浮出焊接熔池，易產(chǎn)生夾渣缺陷。（4）氬弧焊打底焊接，內(nèi)部充氬困難，焊縫質(zhì)量難以保障。

圖1 焊接位置簡(jiǎn)圖

二、Cr20Ni32鋼焊接特點(diǎn)分析

Cr20Ni32鋼的焊接接頭可能發(fā)生熱裂紋和氣孔，易受到殘余應(yīng)力及溫度的影響。在熱影響區(qū)焊接接頭發(fā)生了鉻的碳化物沉淀，從而降低耐蝕性或耐熱性，并且在接頭內(nèi)有較大的殘余應(yīng)力。在鐵素體含量較高時(shí)，在350～500℃溫度區(qū)長(zhǎng)時(shí)間停留，易出現(xiàn)475℃脆性。σ相析出脆化，降低金屬的塑性和韌性，產(chǎn)生晶間腐蝕。

1.焊接接頭的耐蝕性

（1）焊縫的晶間腐蝕。Cr20Ni32鋼在多層焊縫的前層，焊縫熱影響區(qū)達(dá)到敏化溫度的區(qū)域在晶界上容易析出鉻的碳化物，形成貧鉻的晶粒邊界，焊縫和熱影響區(qū)將產(chǎn)生晶間腐蝕。防止產(chǎn)生焊縫晶間腐蝕，可選用含Ti和Ni的穩(wěn)定奧氏體焊接材料。在焊接工藝上選用較低線能量焊接、快速冷卻的焊接工藝。

（2）焊接接頭的應(yīng)力腐蝕破裂。影響Cr20Ni32鋼焊接接頭應(yīng)力腐蝕的因素有焊接區(qū)的殘余拉應(yīng)力、焊縫鑄造組織以及接頭碳化物的析出等。應(yīng)力腐蝕破裂均發(fā)生在接觸介質(zhì)的工作面，然后擴(kuò)展直至斷裂。防止應(yīng)力腐蝕的措施有適當(dāng)減少坡口角度，短段焊道施焊，采用較低的焊接線能量，合理布置焊縫的位置和焊接次序以及適當(dāng)?shù)暮负箦N擊焊縫等，來(lái)降低殘余應(yīng)力水平。

2.防止應(yīng)力腐蝕的措施

（1）適當(dāng)減少坡口角度，短段焊道施焊，采用較低的焊接線能量，合理布置焊縫的位置和焊接次序，以及適當(dāng)?shù)暮负箦N擊焊縫等，來(lái)降低殘余應(yīng)力水平。

（2）采取預(yù)熱及直流反接焊接工藝，有利氣體逸出，防止產(chǎn)生氣孔，降低應(yīng)力集中。

三、焊接工藝確定

1.焊接方法

由于奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性，所有熔焊方法都可以焊接。但從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和技術(shù)性方面考慮，最好采用手工鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊蓋面的方法，工藝規(guī)程見(jiàn)表1。

表1 Cr20Ni32鋼氬弧焊打底電焊蓋面工藝規(guī)程

（1）手工鎢極氬弧焊是焊接奧氏體不銹鋼較為理想的焊接方法，采用熱熔紙密封外部沖充氬，因?yàn)闅鍤獗Ｗo(hù)效果好，合金元素過(guò)渡系統(tǒng)系數(shù)高，焊縫成分易于控制；由于熱源較集中，又有氬氣的冷卻作用，其焊接熱影響區(qū)較窄，晶粒長(zhǎng)大傾向??；焊后不需清渣，可以全位置焊接。

（2）焊條電弧焊熱量比較集中，熱影響區(qū)小，焊接變形??；能適應(yīng)各種焊接位置與不同板厚工藝要求。

2.焊接材料

通常是根據(jù)不銹鋼材料、工作條件（工作溫度、接觸介質(zhì)）和焊接方法來(lái)選用焊接材料。原則是選用使焊縫金屬的成分與母材相同或相近的焊接材料。焊絲焊條化學(xué)成分見(jiàn)表2。

（1）手工鎢極氬弧焊的焊接材料是保護(hù)氣體、填充焊絲、和電極。由于用惰性氣體保護(hù)，焊接過(guò)程合金元素很少被燒損，填充焊絲的成分與母材相同或相近即可，所以，選取焊絲CN82。

（2）焊條電弧焊的選用焊條應(yīng)選用在保證焊縫金屬具有與母材化學(xué)成分大致相同，對(duì)于廢熱鍋爐工作溫度在300℃以上，應(yīng)選用含有Ti或Ni穩(wěn)定元素的或超低碳的焊條。所以，選取CN182焊條。

表2 焊材化學(xué)成分 %

3.焊接工藝要點(diǎn)

（1）焊接所需的熱輸入比碳鋼低20%～30%。采用小電流、低電壓（短弧焊）和窄焊道快速焊可使熱輸入減小，采用必要的急冷措施可以防止接頭過(guò)熱的不利影響。

（2）焊前必須對(duì)焊接區(qū)表面（坡口及其附近）作徹底的清理，清除全部污染物，用砂輪機(jī)將坡口磨成前圖形狀，將焊縫兩側(cè)20～30 mm范圍內(nèi)用丙酮擦凈。

（3）弧長(zhǎng)一般控制在2～3 mm，直線焊不作橫向擺動(dòng)，為的是減少熔池?zé)崃?，防止鉻等有利元素?zé)龘p。多層焊時(shí)層間溫度不宜過(guò)高，可等到60℃以下再清理渣和飛濺物，然后再焊。

四、焊前準(zhǔn)備

坡口經(jīng)著色檢驗(yàn)無(wú)裂紋等缺陷。將焊絲用丙酮擦干凈,除去表面的水、銹、油污。焊條放在烘干箱內(nèi)烘干溫度達(dá)到300℃保溫2 h，然后放在100℃的恒溫箱內(nèi)保溫存放，施工現(xiàn)場(chǎng)用焊條筒裝焊條，并接通電焊把線進(jìn)行保溫，隨用隨取，以免從大氣中再度吸收水分，使焊縫產(chǎn)生氣孔。

為防止產(chǎn)生錯(cuò)口，對(duì)口時(shí)將焊口均勻組對(duì)點(diǎn)固，沿周向點(diǎn)4～6點(diǎn)，每點(diǎn)長(zhǎng)20～30 mm，工藝同打底焊一樣?？紤]到焊接收縮變形，組對(duì)時(shí)焊接間隙焊口底部為2.5 mm，焊口上部為3.2 mm。

五、焊接過(guò)程

1.第一層采用氬弧焊打底

首先將焊縫內(nèi)部充氬氣進(jìn)行保護(hù)，采用手工鎢極氬弧焊，直流正接。由于氬氣保護(hù)作用好，氬弧的溫度高、熱量集中而且有氬氣流的冷卻作用，焊縫的熱影響區(qū)和焊件變形量小，焊接時(shí)無(wú)溶渣，焊后無(wú)夾渣的缺陷，因此能獲得質(zhì)量良好的焊縫。氬弧焊規(guī)范見(jiàn)表3。

2.焊接方法

以管子的垂直中心線為準(zhǔn)，將環(huán)形焊口分成對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)半圓形焊口，按照仰、立、平的焊接順序，各進(jìn)行仰焊、立焊、平焊，在仰焊及平焊處形成兩個(gè)接頭。由于明弧焊接易于觀察熔池，熔深也容易控制。

表3 氬弧焊規(guī)范

3.操作過(guò)程

（1）在超過(guò)仰焊中心線約210°處（圖2）的坡口邊緣上引弧，然后移至焊縫間隙內(nèi)起焊處迅速壓短電弧進(jìn)行施焊，在仰焊及斜仰焊位置焊接時(shí)，必須保證半打穿焊接，觀察熔池保證焊透，至斜立焊及平焊位置要防止塌陷，在保證焊透的基礎(chǔ)上，采取快速少加焊絲的方法；在平焊位置的終焊點(diǎn)必須超過(guò)管子的中心線約340°處。在焊接另一半時(shí)，底部接頭處用砂輪機(jī)將接頭磨成斜坡保證根部焊透。為了減少焊接應(yīng)力和防止產(chǎn)生熱裂紋，采取的有效措施是對(duì)稱(chēng)施焊，（如有可能，兩人同時(shí)對(duì)稱(chēng)焊接效果更佳）。焊完第一層后采取著色檢驗(yàn)，檢查是否有裂紋，如沒(méi)有裂紋，等層間溫度降到60℃以下時(shí)再焊第二層。

（2）二層及填充層采用手工電弧焊，直流反接。坡口側(cè)壁和焊道層間的清渣對(duì)于防止夾渣的形成是非常重要的。為了便于清渣，焊接時(shí)要求焊道表面光滑，向坡口側(cè)壁圓滑過(guò)渡。為防止焊接接頭在危險(xiǎn)敏感溫度范圍內(nèi)（550～650℃）停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生晶間腐蝕，并防止接頭過(guò)熱而產(chǎn)生熱裂紋，采取快速焊和多層焊的方法。焊條最好不作橫向擺動(dòng)，一次焊成的焊縫的寬度不宜超過(guò)焊條直徑的1.5倍。多層焊每層焊縫的厚度不應(yīng)＞3 mm，收弧時(shí)填滿弧坑，防止產(chǎn)生凝固裂紋。

（3）多層焊時(shí)，每焊完一層須徹底清除熔渣，采用薄片砂輪和不銹鋼鋼絲刷清理焊縫表面及夾角，并對(duì)焊縫進(jìn)行仔細(xì)檢查，確認(rèn)無(wú)缺陷，并且等到層間溫度＜60℃時(shí)，再進(jìn)行下一層的焊接，以減少熱裂紋。

（4）為防止過(guò)熱而產(chǎn)生晶間腐蝕，條件允許時(shí)，焊后可采取強(qiáng)制冷卻措施。不得在焊縫外的母材上隨便引弧，以免損傷焊件表面，影響耐腐蝕性能。

（5）蓋面層的焊接，采用Φ4 mm的焊條，電弧壓低，兩邊停留時(shí)間稍長(zhǎng)一點(diǎn)，中間停留時(shí)間稍快一點(diǎn)，以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。

圖2 坡口邊緣

六、結(jié)束語(yǔ)

焊縫經(jīng)過(guò)X射線探傷檢驗(yàn)，合格率100%無(wú)一返修，經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的生產(chǎn)運(yùn)行，質(zhì)量完全符合要求，沒(méi)有出現(xiàn)任何焊接質(zhì)量問(wèn)題。