胡榮昌（錦西石化分公司工程公司， 遼寧 125001）

HK—40爐管與15CrMo法蘭的焊接

胡榮昌（錦西石化分公司工程公司， 遼寧 125001）

錦西石化分公司制氫裝置轉(zhuǎn)化爐檢修中，施工單位進(jìn)行了HK—40爐管與15CrMo法蘭的焊接。結(jié)合這次焊接，本文敘述了HK—40鋼和15CrMo鋼的焊接特點(diǎn)；介紹了焊材的選擇、焊接方法和檢查方法；通過焊接實(shí)踐，給出了焊條選擇、焊接和檢查要點(diǎn)。

制氫；HK—40爐管；15CrMo法蘭；焊接

錦西石化分公司制氫裝置于2002年9月檢修時(shí)，轉(zhuǎn)化爐更換了29根爐管，規(guī)格為Φ127×12×12700，其中HK—40爐管8根，爐管上下法蘭材質(zhì)為15CrMo。工程公司確定了焊條和焊接方法，保證了爐管的焊接質(zhì)量，焊接一次合格，為制氫裝置檢修順利完工打下了基礎(chǔ)。

1 HK—40爐管與15CrMo鋼的焊接特點(diǎn)

（1）HK—40爐管的焊接特點(diǎn) HK—40鋼屬于高鉻鎳奧氏體不銹鋼，最大的優(yōu)點(diǎn)是熱強(qiáng)性很好、抗腐蝕能力強(qiáng)；最大的缺點(diǎn)是焊接時(shí)極易產(chǎn)生熱裂紋，產(chǎn)生熱裂紋主要是由于化學(xué)成分和制造工藝兩方面原因造成的：一是HK—40中含有較高的Ni，Ni是易與S、P等雜質(zhì)形成低熔點(diǎn)共晶物的元素，Ni+Ni3S2共晶（熔點(diǎn)645℃）；Ni+Ni3P共晶（熔點(diǎn)880℃）。在焊接熔池一次結(jié)晶時(shí)，可能形成低熔點(diǎn)共晶液態(tài)間層，導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生。二是HK—40是單向奧氏體不銹鋼，線膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性差，焊接過程中又無相變，熔池冷卻過程中晶粒長(zhǎng)大的方向性強(qiáng)，晶界不能承受較大的焊縫收縮應(yīng)力，可能導(dǎo)致晶間開裂。三是HK—40爐管是經(jīng)離心鑄造而成，化學(xué)成分不均勻、雜質(zhì)分布不均勻，爐管本身就容易形成方向性強(qiáng)的粗大的柱狀晶粒。

（2）15CrMo鋼的焊接特點(diǎn) 15CrMo是鉻鉬合金鋼，Cr、Mo元素的作用有三方面：在晶界形成穩(wěn)定、細(xì)小、分布均勻的碳化物，阻礙晶粒在晶界的滑移，使15CrMo具有較好的強(qiáng)度和熱強(qiáng)性；在金屬表面形成鈍化膜，使金屬具有較強(qiáng)的抗腐蝕性；增大了金屬的淬硬性，在空氣中冷卻就能產(chǎn)生馬氏體，使15CrMo焊接性變差，容易產(chǎn)生冷裂紋。

15CrMo焊接主要注意：焊前需要預(yù)熱；焊接過程中保持一定的層間溫度；焊后緩冷或熱處理。根據(jù)《石油化工異種鋼焊接規(guī)程》SH3526—92規(guī)定，15CrMo與HK—40焊接應(yīng)選用A407焊條，當(dāng)使用溫度高于550℃，且焊接接頭承受較高應(yīng)力水平時(shí)，應(yīng)選用鎳基焊接材料。

2 焊接存在的問題

HK—40和15CrMo的焊接是異種鋼，焊接中存在以下問題：一是兩種鋼焊接性都很差，HK—40爐管焊接中容易產(chǎn)生熱裂紋，15CrMo法蘭焊接容易產(chǎn)生冷裂紋；二是導(dǎo)熱性和線膨脹系數(shù)相差較大，HK—40的線膨脹系數(shù)是15CrMo的1.5倍，而導(dǎo)熱系數(shù)為15CrMo的1/3，在焊接或熱處理過程中產(chǎn)生較高的內(nèi)應(yīng)力；三是焊接層間溫度過高，HK—40容易產(chǎn)生熱裂紋，層間溫度過低，15CrMo可能產(chǎn)生冷裂紋，要選擇適當(dāng)?shù)膶娱g溫度；四是焊后熱處理不能消除內(nèi)應(yīng)力，只能使內(nèi)應(yīng)力重新分布。

3 選擇焊材

選擇焊材是根據(jù)兩種鋼焊接性能，考慮爐管的使用條件，參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和有關(guān)資料，解決HK—40和15CrMo焊接中的主要矛盾。選擇焊材所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有《石油化工鉻鎳奧氏體鋼、鐵鎳合金和鎳合金管道焊接規(guī)程》SH/T3523—1999、《石油化工管式爐碳鋼和鉻鉬鋼爐管焊接技術(shù)條件》SH3085—1997、《石油化工異種鋼焊接規(guī)程》SH3526—92。氬弧焊打底焊絲選用Inconel600，這種焊絲屬于鎳基合金焊絲，與H1Cr26Ni21相比具有較好的焊接性和耐腐蝕性，在高溫下能承受較高的應(yīng)力水平，對(duì)HK—40和15CrMo的焊接效果比較好。填充焊和蓋面焊選用A407焊條，合金成分與HK—40相同，也是規(guī)范允許使用的焊接15CrMo的奧氏體焊條。

4 焊接要點(diǎn)

①高合金液體流動(dòng)性差，密度又大，容易產(chǎn)生未熔合，鐵水下墜。坡口為75±5度V型坡口，鈍邊為0.5～1mm，對(duì)口間隙為2.5±0.5mm，錯(cuò)邊量小于0.5mm，超過的用機(jī)械方法局部削除。另外，選擇75度坡口也可以防止熱裂紋產(chǎn)生。②母材坡口著色檢查，確認(rèn)坡口無缺陷后再組對(duì)。③組對(duì)前，坡口兩側(cè)50mm內(nèi)清除油污、水、涂寫記號(hào)，以減少焊縫中的氫和不明化學(xué)成分。④定位焊采用氬弧焊對(duì)稱四點(diǎn)點(diǎn)焊，焊肉長(zhǎng)20～25mm。正式施焊前，焊點(diǎn)兩端磨成緩坡型，點(diǎn)焊過程與正式焊相同，焊點(diǎn)要進(jìn)行著色檢查，確認(rèn)無缺陷后才能正式焊接。⑤每焊一層后都進(jìn)行著色檢查，確認(rèn)無缺陷后才能進(jìn)行下層焊接。⑥15CrMo焊接要求預(yù)熱溫度為150～250℃，HK—40要求層間溫度不高于100℃。熱裂紋是焊接的主要矛盾，焊接時(shí)要求層間溫度不高于100℃。⑦焊接采用小規(guī)范短弧焊，焊條擺動(dòng)要小，分四層焊完，第一層為氬弧打底焊，第二、三層為手工電弧填充焊，第四層為蓋面焊。⑧焊接24小時(shí)后，重點(diǎn)檢查15CrMo側(cè)焊縫熱影響區(qū)，確認(rèn)無延遲裂紋后再安裝。

5 結(jié)語

通過焊接實(shí)踐證明，工程公司已經(jīng)掌握了15CrMo與HK—40的焊接方法；以后應(yīng)加強(qiáng)這方面的技術(shù)儲(chǔ)備工作，做些高合金鋼爐管的焊接工藝評(píng)定。

［1］石油化工鉻鎳奧氏體鋼、鐵鎳和鎳合金管道焊接規(guī)程［M］.SH/T3523—1999.

［2］石油化工管式爐碳鋼和鉻鉬鋼爐管焊接技術(shù)條件［M］. SH3085—1997.

［3］石油化工異種鋼焊接規(guī)程［M］.SH3526—92.