李洪川

(四川省工業(yè)設(shè)備安裝公司, 四川成都 610014)

30CrMo高壓管道焊接

李洪川

(四川省工業(yè)設(shè)備安裝公司, 四川成都 610014)

某工程的高壓管道材質(zhì)為中碳調(diào)質(zhì)鋼30CrMo(AISI 4130)，壁厚最厚達(dá)到80 mm，管道壓力達(dá)到70 MPa，且該液壓系統(tǒng)由美國Oilgear 公司設(shè)計(jì)，并由其現(xiàn)場監(jiān)督施工，安裝工藝過程需滿足ASME標(biāo)準(zhǔn)。文章通過具體實(shí)例簡單介紹了30CrMo高壓管道的化學(xué)成分與力學(xué)性能，詳細(xì)說明了30CrMo高壓管道的焊接技術(shù)及施工方法。

鋼材; 30CrMo; 焊接; 熱處理

30CrMo鋼是一種Cr-Mo系列合金結(jié)構(gòu)鋼，具有高的強(qiáng)度和韌性，淬透性較高，在油中臨界淬透直徑為15～70 mm；30CrMo鋼的熱強(qiáng)度性能也較好，在低于500℃溫度時(shí)，具有良好的高溫強(qiáng)度，但550℃時(shí)其強(qiáng)度顯著下降。30CrMo鋼一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。這次是我公司首次接觸30CrMo管道

的焊接，現(xiàn)就其焊接技術(shù)和施工方法進(jìn)行總結(jié)，以便提供參考。

1 30CrMo化學(xué)成分

30CrMo鋼材化學(xué)成分見表1。

表1 化學(xué)成分 %

2 30CrMo力學(xué)性能

30CrMo鋼材力學(xué)性能見表2。

表2 力學(xué)性能

3 30CrMo管道焊接工藝

3.1 焊接方法

壁厚小于等于5 mm的管道采用手工鎢極氬弧焊打底、

填充、蓋面。

壁厚大于5 mm的管道采用手工鎢極氬弧焊打底，焊條電焊填充、蓋面。

3.2 焊接材料

30CrMo鋼屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，含碳量較高，其結(jié)晶溫度區(qū)間較大，偏析也較嚴(yán)重，因而也具有較大的熱裂紋傾向，熱裂紋大都在多層多道的第一道中。為了防止熱裂紋的產(chǎn)生，在選用焊條時(shí)，應(yīng)盡量選用含碳量低的焊條，并且在焊接時(shí)應(yīng)注意填滿弧坑形成良好的焊縫。

30CrMo管道材質(zhì)與焊材熔敷金屬化學(xué)成分比較見表3。

表3 化學(xué)成分比較 %

4 30CrMo管道焊接

4.1 焊前準(zhǔn)備

(1)焊接坡口的確定：根據(jù)管道壁厚來確定管道坡口型式，管道壁厚≥20 mm采用“U”形坡口；管道壁厚<20 mm采用“V”形坡口(圖1)。

(a)“U”形坡口

(b)“V”形坡口圖1 坡口形式

(2)坡口要求：所有30CrMo管道必須采用機(jī)械坡口，不得采用火焰切割。焊接坡口應(yīng)平整，無裂紋、重皮、毛刺、凸凹、縮口、熔渣、氧化物、鐵屑等。坡口表面及兩側(cè)應(yīng)將水、鐵銹、油污、等有害雜質(zhì)清理干凈。

(3) 焊條在使用前應(yīng)按規(guī)定烘干、保溫(表4)。

表4 焊條烘干、保溫要求

(4)母材焊前預(yù)熱：焊前采用電熱板加溫(溫度200℃～250℃)，先加溫到150℃，停留10 min后繼續(xù)加熱至200℃～250℃，然后焊接。

4.2 焊接環(huán)境

(1)焊接環(huán)境出現(xiàn)風(fēng)速、濕度過大、焊接溫度過低等情況時(shí)，需要采取有效防護(hù)措施，否則禁止施焊。焊接時(shí)的風(fēng)速不應(yīng)超過規(guī)定:手工電弧焊8 m/S；氬弧焊2 m/S。當(dāng)超過規(guī)定時(shí)，應(yīng)有防風(fēng)設(shè)施。焊接電弧1 m范圍內(nèi)的相對(duì)濕度不得大于90%。

(2)管道壁厚<30 mm時(shí)采用多層單道，管道壁厚≥30 mm時(shí)采用多層多道。各層焊道的接頭應(yīng)盡量錯(cuò)開。每條焊縫盡量一次焊完，當(dāng)中斷焊接時(shí)，應(yīng)對(duì)管道采取后熱、緩冷措施。重新焊接時(shí)要按規(guī)定預(yù)熱。

(3)應(yīng)嚴(yán)格控制焊接層間溫度，溫度控制在100 ℃～200 ℃。

(4)為了確保管道焊口焊接質(zhì)量和安裝精度，必須控制管道焊接變形。在管道焊接時(shí)，安排兩名焊工對(duì)稱焊接，并且讓管道轉(zhuǎn)動(dòng)。如果管道轉(zhuǎn)動(dòng)焊接受現(xiàn)場條件限制，可把管道翻轉(zhuǎn)，一個(gè)焊口焊接管道翻轉(zhuǎn)3～4次。

5 消氫

因管壁厚，屬于中厚板工藝，焊后如時(shí)間不夠可采用消氫處理，處理溫度為350℃～360℃，可防止冷裂紋。時(shí)間充足后做熱處理。

6 管道焊后熱處理

6.1 熱處理工藝參數(shù)

熱處理溫度為625℃。

加熱速率：400℃以下不控制，400℃以上加熱速率不超過5125/t(℃/h),t為壁厚，mm，且不大于260(℃/h)。

恒溫時(shí)間：2.4min/mm壁厚，且最少2 h。

冷卻速率：不超過6500/t(℃/h),t為壁厚，mm，且不大于260(℃/h)，降溫至400℃以下后自然冷卻。

6.2 焊后熱處理參數(shù)

焊后熱處理參數(shù)見表5。

表5 熱處理參數(shù)

注： (1)升溫時(shí)間的計(jì)算是從假定環(huán)境溫度25℃起算。

(2)保溫降到400℃后自然冷卻，實(shí)際降溫時(shí)間可能稍有延長，現(xiàn)場可依據(jù)實(shí)際的溫度顯示稍作調(diào)整。

6.3 工藝流程

熱處理工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程

6.4 熱處理工藝曲線

熱處理工藝曲線見圖3。

圖3 熱處理工藝曲線

6.5 主要機(jī)具及材料

主要機(jī)具及材料見表6。

6.6 檢查和記錄

(1)熱處理完成后，及時(shí)取出自動(dòng)記錄儀的熱處理溫度

表6 主要機(jī)具及材料

曲線圖紙。如無異常則在曲線記錄圖紙上注明焊縫的基本情況，包括管線號(hào)、名稱、規(guī)格、焊縫編號(hào)、日期、操作人，交由熱處理負(fù)責(zé)人簽判該記錄是否符合工藝要求。

(2)對(duì)熱處理完成后的焊縫及時(shí)進(jìn)行硬度檢測。檢查數(shù)量100%，檢驗(yàn)區(qū)域?yàn)槟覆?、焊縫、熱影響區(qū)。

(3)熱處理負(fù)責(zé)人填寫焊縫熱處理記錄表、硬度檢測報(bào)

告，對(duì)熱處理記錄曲線進(jìn)行編號(hào)管理。

(4)熱處理結(jié)果判定。

①熱處理后的硬度值不應(yīng)大于母材硬度值的125%。

②對(duì)于經(jīng)過熱處理過的管道焊縫，當(dāng)發(fā)現(xiàn)熱處理溫度曲線存在問題時(shí)或硬度檢驗(yàn)結(jié)果存在異常情況時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步查明原因，確定是否需要重新進(jìn)行熱處理。一般考慮下面兩種情況：如果熱處理記錄曲線和硬度值均不合格時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行熱處理；如果熱處理記錄曲線正常而硬度值不合格，或硬度值合格但熱處理記錄曲線異常，或重新熱處理后的硬度值仍不合格時(shí)，可進(jìn)一步通過金相分析或殘余應(yīng)力測試等其他檢測手段金相復(fù)查和評(píng)估，以確定是否需要重新進(jìn)行熱處理。

7 總結(jié)

管路系統(tǒng)的好壞影響整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，而管路系統(tǒng)的好壞主要取決于管道焊口焊接質(zhì)量和管道焊接變形的控制。對(duì)于一種未接觸材質(zhì)的管道施工，應(yīng)當(dāng)先做工藝評(píng)定，并且嚴(yán)格按照工藝評(píng)定的操作規(guī)程施工，只有這樣才能保證工程質(zhì)量。

[1] 孫振環(huán)，王宗保，屈建華.10MoWVNb厚壁鋼管的焊接工藝[J].安裝，2000(4).

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[定稿日期]2015-04-08