王國(guó)強(qiáng)

中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司 遼寧盤(pán)錦 124000

12Cr9Mo- I 材質(zhì)自身的熱淬硬性傾向強(qiáng)、具有很大的熱約束力。因此，焊材的選用、焊接前加熱、焊接環(huán)境的改變、焊接工藝、焊后穩(wěn)定化熱處理的滿足等工藝條件，都會(huì)是形成焊縫熱裂紋、焊后延遲裂紋的主要因素。通過(guò)針對(duì)12Cr9Mo- I 的化學(xué)成分、熱力學(xué)性能的分析方法及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)加熱爐爐管12Cr9Mo- I 進(jìn)行焊接、檢測(cè)。

1 工程案例概況

由中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司承建的遼寧寶來(lái)生物能源有限責(zé)任公司100 萬(wàn)t/ a 環(huán)烷基餾分油加氫精制裝置，其減粘加熱爐輻射室爐管的對(duì)流排管材質(zhì)為12Cr9Mo- I，規(guī)格為φ141.3×8，吋徑約為3200 達(dá)因。針對(duì)12Cr9Mo- I 管道焊縫的工藝進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)選擇科學(xué)合理的焊接方法、工藝，并通過(guò)工藝方法鎢極氬弧焊打底、鎢極氬弧焊填充，以及鎢極氬弧焊蓋面的焊接形式，有效減少了焊接熱裂紋、焊縫的氧化性及各種焊縫問(wèn)題的發(fā)生，大大地提高了焊接的一次合格率。

12Cr9Mo- I 中C、Cr 含量較大，使得鋼材具有較大的淬硬性。當(dāng)以較快的速率冷卻時(shí)，由于其主要組成為馬氏體，焊后很容易形成較高柔韌性的馬氏體和貝氏體組織，從而提高接頭脆性，且殘余應(yīng)力也很大，易于形成冷裂紋。因此，需要在焊前、焊后均對(duì)焊縫進(jìn)行先預(yù)熱、再后熱、最后進(jìn)行焊后熱處理。由于冷裂紋傾向量很大，對(duì)鋼材焊接性能有不利影響，所以在焊縫的焊接施工過(guò)程中的質(zhì)量控制尤為重要。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

圖1 為施工工藝流程示意圖。

圖1 施工工藝流程示意圖

2.1 施工準(zhǔn)備

（1）爐管和管件均須具備質(zhì)量證明的相關(guān)資料及出廠合格證。要求其外觀尺寸、熱力學(xué)性能、化學(xué)成分的含量和供貨狀況均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）焊絲或焊條須具備質(zhì)量證明文件及出廠合格證。

（3）爐管和管件施焊作業(yè)進(jìn)行前，要召開(kāi)展焊接技術(shù)討論會(huì)，并根據(jù)焊接工藝評(píng)定的選擇編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)應(yīng)經(jīng)焊接責(zé)任工程師審核，由技術(shù)部領(lǐng)導(dǎo)簽字通過(guò)。

（4）焊接操作人員須按照TSGZ6002《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》的規(guī)定，通過(guò)操作考試和筆試，獲得相關(guān)資質(zhì)證件。

（5）焊接環(huán)境中出現(xiàn)下列情形之一時(shí)，須采取有效措施，否則不可以進(jìn)行焊接：氬弧焊時(shí)風(fēng)速大于2m/ s；相對(duì)濕度不大于90%；雨、雪環(huán)境；焊件溫度低于0℃。

2.2 坡口加工

在焊接前，需要用坡口機(jī)將管子加工成型為單邊30～35°V 型坡口（表1），之后用角磨機(jī)將坡口兩側(cè)各20mm 周?chē)鷥?nèi)的涂料全部打磨掉；坡口處打磨后，應(yīng)進(jìn)行外表面檢查，坡口處外表面不允許有夾渣、分層、裂紋、等瑕疵，邊緣不允許有毛刺、油污、氧化物等對(duì)焊接不利的缺陷；坡口外觀檢查合格后，應(yīng)對(duì)坡口表面做100%的滲透檢測(cè)，檢測(cè)范圍為坡口端部以內(nèi)50mm。

表1 V型坡口加工要求

2.3 焊前預(yù)熱

焊前預(yù)熱的主要作用是降低焊接接頭的冷卻速率，從而減少接頭的淬硬傾向，同時(shí)降低在焊接金屬中擴(kuò)散氫含量，這也是避免冷裂紋最有效措施之一。為減小焊接應(yīng)力，并避免產(chǎn)生裂紋，焊接前可用電加熱繩將焊縫兩側(cè)母材平均加熱到300℃，但每側(cè)加溫寬度不＜100mm。加熱區(qū)及外圍附近區(qū)域均使用保溫施工棉進(jìn)行控溫。由于鉻鉬耐熱鋼焊接時(shí)必須嚴(yán)格遵守焊前預(yù)熱時(shí)間溫度規(guī)定，為保證焊縫品質(zhì)，無(wú)論在定位焊接還是正常施焊過(guò)程中，焊件均要按本規(guī)定加熱。

2.4 焊接

（1）采用鎢極氣體保護(hù)焊的焊接方法，在鎢極氣體保護(hù)焊打底時(shí)，必須打底兩層，方可終止背面的惰性氣體保護(hù)層。焊接時(shí)，焊絲前端也應(yīng)放入保護(hù)氣體中，氬弧焊氣體流量控制在12～15L／min 為宜。為了避免管內(nèi)焊縫氧化或過(guò)燒，對(duì)管內(nèi)必須實(shí)行充氬保護(hù)，焊接時(shí)所使用的為耐熱合金鋼焊絲。焊接工藝參數(shù)如表2 所示。

表2 焊接工藝參數(shù)

（2）焊接過(guò)程中保持起弧和收弧之間的質(zhì)量，收弧時(shí)要把弧坑回滿。

（3）當(dāng)焊接件按要求達(dá)到預(yù)加熱溫度后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行焊接，且焊接過(guò)程的道間溫度不小于250～350℃。焊接附近區(qū)域繼續(xù)使用保溫隔熱棉進(jìn)行全面保溫。若由于特殊原因而停止焊接時(shí)，則須進(jìn)行320℃后熱處理，再慢慢冷卻；在繼續(xù)焊接前，要檢驗(yàn)確定無(wú)缺陷和裂紋后，再進(jìn)行焊接。

2.5 焊后熱處理及硬度檢測(cè)

焊后熱處理可減少消除焊接殘余應(yīng)力，從而提高焊縫組織的熱力學(xué)性能，并可大幅度降低接頭的氫含量，這也是避免延遲裂紋的關(guān)鍵措施之一；焊完應(yīng)及時(shí)進(jìn)行300～350℃、保溫15～30 min 的后熱處理工序，然后緩冷，再進(jìn)行正式熱處理；熱處理自動(dòng)記錄曲線異常時(shí)，要分析并找出異常因素；要求焊后熱處理溫度750～780℃、硬度（HB）值≤241。

在熱處理過(guò)程溫度下的恒溫持續(xù)時(shí)間、熱處理的加熱速率和冷速率，應(yīng)當(dāng)遵循以下規(guī)定：

（1）熱處理的加熱區(qū)域以焊縫為中心，在兩側(cè)各不低于焊縫寬度的3 倍且不＜50mm 的溫度范圍，除加熱區(qū)域以外的150mm 區(qū)域均應(yīng)保溫。詳見(jiàn)圖2。

圖2 熱處理示意圖

（2）升溫到300℃時(shí)屬于自由升溫狀態(tài)；但從0℃升至300℃以下可不控制。

（3）升溫：在從300℃升溫到750～780℃時(shí)，升溫速度應(yīng)控制在不大于220℃/ h。

（4）恒溫：在750～780℃時(shí)，恒溫時(shí)間不少于1h。

（5）降溫：在從760℃降溫到300℃時(shí)，冷卻速度控制在不大于275℃/ h。

（6）降溫到300℃后停機(jī)器，自然緩冷。

（7）經(jīng)熱處理后進(jìn)行返修及硬度測(cè)試按規(guī)定未達(dá)到規(guī)范條件的，應(yīng)對(duì)焊縫再次進(jìn)行熱處理。

（8）在冷卻速度、溫度超過(guò)規(guī)定條件時(shí)，應(yīng)當(dāng)再次進(jìn)行熱處理。

熱處理的升溫速度、恒溫時(shí)間和冷卻速率如圖3 所示。

圖3 熱處理曲線圖

經(jīng)熱處理后，應(yīng)按規(guī)定要求將焊縫和熱影響區(qū)以其附近的母材分別進(jìn)行布氏硬度抽查檢測(cè)，抽查總量應(yīng)不少于經(jīng)熱處理工藝焊接接頭總數(shù)的20%，并不少于一個(gè)焊接接頭。所測(cè)硬度值HB≤241。如果硬度檢驗(yàn)不合格，必須重新進(jìn)行熱處理作業(yè)，再次進(jìn)行硬度測(cè)試，直到合格為止。

2.6 無(wú)損檢測(cè)

經(jīng)焊縫表面檢查合格，以及熱處理、硬度檢測(cè)合格后，滿24h 后，要進(jìn)行100%相控陣超聲波檢驗(yàn)，相控陣超聲波檢驗(yàn)等級(jí)不低于B 級(jí)，合格級(jí)別為1 級(jí)。

表3 為焊接質(zhì)量控制目標(biāo)一覽。

表3 焊接質(zhì)量控制目標(biāo)一覽表

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加熱爐爐管12Cr9Mo- I 的焊接施工方法及對(duì)焊接技術(shù)工藝的管理、熱處理工藝是成功的，管道焊接一次合格率達(dá)到98%以上，焊后熱處理硬度檢驗(yàn)及焊縫外觀質(zhì)量檢驗(yàn)都符合規(guī)范要求。