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        P91 耐熱鋼厚壁管埋弧焊工藝

        2022-04-22 03:39:48羅運(yùn)良李井雙
        焊管 2022年4期
        關(guān)鍵詞:焊縫工藝檢測(cè)

        0 前 言

        某GCGV 烯烴裂解廠(chǎng)項(xiàng)目包括裂解爐模塊工作包、 烯烴分離和處理模塊工作包、 乙二醇模塊工作包和聚乙烯模塊工作包, 設(shè)計(jì)烯烴年產(chǎn)量為180 萬(wàn)t。 項(xiàng)目建設(shè)涉及大量耐熱鋼材料的焊接, 其中P91 耐熱鋼材料的工作量較大且焊接性比較復(fù)雜。 通過(guò)對(duì)裂解爐高溫蒸汽管道P91 耐熱鋼的化學(xué)成分、 力學(xué)性能及焊接性分析, 完成了P91 厚壁管埋弧焊焊接工藝評(píng)定試驗(yàn), 實(shí)現(xiàn)了P91 埋弧焊焊接工藝在該項(xiàng)目的應(yīng)用。

        1 試驗(yàn)材料

        焊接工藝試驗(yàn)采用美標(biāo)ASTM A335 P91 管,規(guī)格為Φ457.2 mm×23.88 mm。 P91 鋼是通過(guò)微合金化制造的細(xì)晶強(qiáng)韌型馬氏體耐熱鋼, 具有耐高溫性能(≥600 ℃) 和耐高溫蒸汽壓力(≥25 MPa),具有較低的碳含量、 較低的雜質(zhì)含量 (S、 P 等元素), 同時(shí), 具有較高的屈服強(qiáng)度及良好的沖擊韌性和高溫蠕變斷裂強(qiáng)度。 項(xiàng)目規(guī)格書(shū)要求P91 材料要有EN 10204 3.1 認(rèn)證且符合標(biāo)準(zhǔn)要求, 按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM A335 要求其產(chǎn)品化學(xué)成分見(jiàn)表1。

        在世界范圍內(nèi),較早涉及到銷(xiāo)售管理系統(tǒng)的理論和實(shí)踐可以追溯到上個(gè)世紀(jì)。當(dāng)時(shí),在1960年前后,作為先進(jìn)科技代表的美國(guó)在傳統(tǒng)的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)管理的基礎(chǔ)上,提出了物質(zhì)需求管理計(jì)劃(Material Requirement Planning,簡(jiǎn)稱(chēng)“MRP”)。在當(dāng)時(shí)背景下,打破了傳統(tǒng)的固有管理模式,大大提升了商業(yè)貿(mào)易效率。在隨后的時(shí)間里,計(jì)算機(jī)理論和技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,使得傳統(tǒng)的人為干預(yù)的記錄、計(jì)算逐步被計(jì)算機(jī)所代替。此時(shí),以美國(guó)為代表的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域太陽(yáng)、甲骨文和微軟等知名公司,都相繼推出了功能較為完善的銷(xiāo)售管理軟件軟硬件產(chǎn)品。[1]

        P91 鋼化學(xué)成分比較復(fù)雜, 碳當(dāng)量較大(本研究采用的P91 管碳當(dāng)量為2.14%), 焊接性差, 焊接時(shí)需防止冷裂紋和再熱裂紋的產(chǎn)生。 焊接過(guò)程對(duì)工藝參數(shù)極為敏感, 存在熱影響區(qū)粗晶區(qū)韌性惡化、 細(xì)晶區(qū)軟化、 焊縫金屬產(chǎn)生裂紋及韌度遠(yuǎn)低于母材的問(wèn)題, 因此必須進(jìn)行較高溫度預(yù)熱及焊后熱處理 (PWHT), 以確保焊縫金屬和焊縫熱影響區(qū)得到較好的韌性, 避免出現(xiàn)焊接裂紋。 P91 鋼焊接一般采用小的焊接熱輸入, 并嚴(yán)格控制冷卻時(shí)間, 以防止焊縫區(qū)組織粗大, 較常用的焊接工藝方法為GTAW 和SMAW。 對(duì)于SAW 工藝, 由于其焊接電流、 電壓等參數(shù)較大, 需要更加嚴(yán)格地控制焊接過(guò)程。

        由于生產(chǎn)力的發(fā)展和井田制進(jìn)一步破壞,使一家一戶(hù)為生產(chǎn)單位的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展起來(lái)。這樣,生產(chǎn)關(guān)系發(fā)生了變化,導(dǎo)致在社會(huì)政治制度方面也有所變化。新興地主階級(jí)和工商業(yè)者,要求打破過(guò)去是世卿世祿的權(quán)政治格局。新興的廣大擁有私田的平民也要求脫被奴役的地位;廣大的奴隸,更是極力要求解放,不斷進(jìn)行斗爭(zhēng)。新興地主階級(jí)和工商業(yè)者,在奴隸反抗和平民沉重打擊奴隸主反動(dòng)統(tǒng)治的基礎(chǔ)上,向奴隸主貴族開(kāi)了革命奪權(quán)斗爭(zhēng)。軍功爵制就是在這種歷史背景下產(chǎn)生、發(fā)展起來(lái)的。

        2 焊接工藝試驗(yàn)

        2.1 焊接材料的選擇

        點(diǎn)焊前必須進(jìn)行高溫預(yù)熱, 可采用烤把加熱, 保證坡口及周邊75 mm 范圍內(nèi)溫度達(dá)到200~250 ℃。 點(diǎn)焊位置如圖2 所示, 至少4 個(gè)定位焊點(diǎn), 點(diǎn)焊采用的橋接塊如圖3 所示, 點(diǎn)焊應(yīng)焊在坡口表面, 不允許在母材表面, 且不應(yīng)在打底焊位置。

        2.2 焊接工藝

        2.2.1 坡口準(zhǔn)備和組對(duì)

        (1) 需要仔細(xì)清除坡口及內(nèi)外表面的各種污染物質(zhì), 去除坡口內(nèi)外表面25 mm 范圍內(nèi)的雜質(zhì)并打磨干凈直至露出金屬表面。

        3.增強(qiáng)溝通機(jī)制,搭建互動(dòng)平臺(tái)。多年的實(shí)踐證明,油田與地方政府及農(nóng)戶(hù)的關(guān)系具有接觸時(shí)間長(zhǎng)、工作頭緒多的特點(diǎn)。因此,油田應(yīng)與地方政府建立多層次的溝通機(jī)制,堅(jiān)持高層會(huì)晤、油地部門(mén)聯(lián)席會(huì)議以及基層工作座談會(huì)等制度。油地雙方建立健全聯(lián)防聯(lián)治機(jī)制,對(duì)重點(diǎn)油氣井、油氣聯(lián)合站、油氣罐區(qū)、油庫(kù)等重要基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)行承包責(zé)任制;大力開(kāi)展工農(nóng)共建、文明油區(qū)創(chuàng)建活動(dòng),密切油地關(guān)系,創(chuàng)建模范油區(qū);在重要設(shè)施建設(shè)、整體規(guī)劃部署上公開(kāi)公平地進(jìn)行協(xié)商,本著互惠互利的原則,制定相應(yīng)的發(fā)展策略,從而達(dá)到增進(jìn)相互了解和信任,實(shí)現(xiàn)企地關(guān)系的良性互動(dòng)。

        2.2.3 背部充氣

        (3) 背部供氣需保持直到焊接完成6.5 mm厚填充金屬。

        混凝土澆筑主要質(zhì)量控制點(diǎn)之三“澆筑后”。對(duì)拆模后的混凝土及時(shí)覆蓋毛氈,并采取澆水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28 d,養(yǎng)護(hù)期間保持混凝土表面濕潤(rùn)。

        很快他輕聲地驚叫起來(lái)。我的大王不見(jiàn)了。他認(rèn)定杜一朵在他接聽(tīng)電話(huà)的時(shí)候偷走了他的大王。他要搜查懷疑者。游戲漸失規(guī)矩,但不乏彌漫著的微醺的情趣。他摟住嬉笑躲避的一朵施展隔衣取物的官方手法。一朵麻癢著哈哈大笑。效果出奇的好。

        (3) 禁止火焰切割坡口, 坡口只能采取加工或打磨方式。 等離子切割的坡口需要打磨3 mm至光亮金屬并禁止通過(guò)焊接來(lái)修復(fù)不規(guī)則邊緣。焊接坡口形狀及尺寸如圖1 所示。

        (2) 焊接工藝參數(shù)。 焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制工藝參數(shù), 采用小的焊接熱輸入并防止晶粒長(zhǎng)大。 此外要重點(diǎn)關(guān)注起弧和收弧點(diǎn)位置, 保證起弧和收弧弧坑填滿(mǎn), 焊道間的起弧點(diǎn)錯(cuò)開(kāi); 打底GTAW 焊需要使用高頻引弧電源。 焊道如圖5 所示, 具體的焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

        本研究P91 鋼焊接采用GTAW+SMAW+SAW方法。 GTAW 打底, 為避免直接使用埋弧焊出現(xiàn)焊漏, 采用SMAW 填充一遍, 其余采用SAW 工藝。 焊材的選擇, GTAW 采用奧林康CARBOROD Φ2.4 mm 焊 絲, SMAW 采 用 林 肯Cr-Mo91 CROMOE91 Φ3.2 mm 焊條, 埋弧焊采用奧林康OE-S1 CRMO91 Φ2.4 mm 焊絲搭配使用焊劑OP 90W。

        (2) 組對(duì)前須進(jìn)行滲透檢驗(yàn) (PT ) 以保證待焊接區(qū)域 (坡口外表面25 mm 范圍) 無(wú)微觀(guān)裂紋。 PT 檢驗(yàn)時(shí)注意管內(nèi)壁保護(hù), 防止污染。

        (1) P91 屬于高合金鋼, 為避免焊接時(shí)背部焊縫氧化, 焊前需背部進(jìn)行充氬氣保護(hù)。

        (2) 打底焊接前, 必須使用純度不小于99.995%的氬氣充滿(mǎn)管內(nèi)且背部含氧量低于1%。

        雷雪英用記憶癥狀評(píng)估量表(memorial symptom assessment scale,MSAS)測(cè)量工具,采用便利抽樣法調(diào)查發(fā)現(xiàn),肝硬化患者各癥狀分量表與生活質(zhì)量各維度呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)在-0.86~-0.05,提示肝硬化患者的癥狀體驗(yàn)對(duì)其生活質(zhì)量呈負(fù)面影響,即患者癥狀水平越高生活質(zhì)量越低[6]。

        隨著時(shí)代的不斷更替,人們的審美也發(fā)生了天翻地覆的變化。過(guò)去曾喜愛(ài)的或者是推崇的,可能在下一個(gè)時(shí)代會(huì)被棄之敝屣。粉彩花鳥(niǎo)題材的作品無(wú)論是清雅的還是雍容華貴的都各有追隨者與欣賞者。

        2.2.4 焊接參數(shù)

        (1) 焊接預(yù)熱。 正式焊接需要使用電加熱,保證焊道周邊75 mm 范圍內(nèi)預(yù)熱200~250 ℃,層間溫度最大為300 ℃。 預(yù)熱溫度監(jiān)控采用熱電偶, 加熱區(qū)域如圖4 所示。

        張連長(zhǎng)有些急了:“哎,曲干事,話(huà)不能這么說(shuō)啊!她的情況,你又不是不清楚。同情歸同情,感動(dòng)歸感動(dòng),事情歸事情,不是連你都沒(méi)權(quán)力……”

        2.2.2 點(diǎn)焊

        (3) 消氫處理。 除了定位點(diǎn)焊外, 其余焊道焊接完成或焊接發(fā)生中斷, 立即進(jìn)行300~350 ℃至少保溫2 h 的消氫處理。 然后焊件緩冷到93 ℃以下, 以保證奧氏體最大限度地轉(zhuǎn)化成馬氏體。

        (4) 外觀(guān)檢驗(yàn)。 焊縫成形良好, 焊縫與母材圓滑過(guò)渡, 無(wú)裂紋、 氣孔、 夾渣和飛濺, 焊縫寬度均勻, 不允許有咬邊。 其他要求應(yīng)滿(mǎn)足ASME B31.3 和業(yè)主規(guī)格書(shū)的相關(guān)要求。

        (5) 焊接后的NDT 檢測(cè)。 待焊接試件冷卻到室溫后, 按照ASME BPVC IX 要求進(jìn)行NDT檢測(cè), 包括磁粉檢測(cè) (MT) 和射線(xiàn)檢測(cè) (RT),保證焊縫質(zhì)量合格, NDT 檢測(cè)結(jié)果合格。

        (6) 焊后熱處理。 對(duì)于所有P91 材料的焊接接頭, 無(wú)論壁厚和直徑都需要焊后熱處理,熱處理應(yīng)按AWS D10.10 執(zhí)行, 必須采用電加熱片或感應(yīng)加熱帶及保溫棉, 將熱電偶設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢靡允购缚p及周邊全厚度加熱均勻。本工藝采用局部熱處理方法, 加熱方式采用電加熱片, 要求保溫溫度為760℃±14℃, 保溫時(shí)間為2 h (每25 mm 保溫2 h), 400 ℃以上的加熱速率為100~150 ℃/h, 冷卻速率最大為200 ℃/h。 其中對(duì)最小加熱帶寬和保溫棉寬要求如圖6 所示。

        (7) 熱處理后的NDT 檢測(cè)。 為避免出現(xiàn)延遲裂紋, 熱處理完成后至少經(jīng)過(guò)48 h 才可進(jìn)行NDT 檢測(cè), 包括MT 和RT 檢測(cè), 確保焊縫質(zhì)量合格。

        3 力學(xué)性能檢測(cè)

        3.1 拉伸試驗(yàn)

        工藝評(píng)定拉伸試驗(yàn)參照ASME BPVC IX 和ASTM A370 進(jìn)行, 要求試樣抗拉強(qiáng)度不小于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低抗拉強(qiáng)度。 拉伸試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3,從表3 可以看出, 拉伸試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足ASTM A355關(guān)于P91 材料規(guī)定的最低抗拉強(qiáng)度要求485 MPa。

        3.2 彎曲試驗(yàn)

        按照ASME BPVC IX 要求, 焊件厚度10 mm以上可采用側(cè)彎試驗(yàn), 側(cè)彎試驗(yàn)壓頭直徑40 mm,彎曲角度180°, 4 個(gè)側(cè)彎試驗(yàn)彎曲后彎曲面均無(wú)焊接缺陷, 滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)ASME BPVC IX 的要求。

        3.3 沖擊試驗(yàn)

        沖擊試驗(yàn)需在母材、 焊縫金屬和熱影響區(qū)進(jìn)行。 按照標(biāo)準(zhǔn)要求, 除非業(yè)主或承包商同意外,所有焊接方法的沖擊功接收值均為20 ℃均值34 J,單值不小于27.2 J。

        沖擊試驗(yàn)按照ASME BPVC IX 和ASTM A370要求進(jìn)行, 試樣尺寸10 mm×10 mm×55 mm, 沖擊試驗(yàn)溫度按照技術(shù)要求為20 ℃, 沖擊擺錘采用KV8, 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

        3.4 硬度試驗(yàn)

        項(xiàng)目規(guī)格書(shū)要求工藝試驗(yàn)進(jìn)行微觀(guān)硬度檢測(cè), 包括焊縫區(qū)、 母材和焊接熱影響區(qū)。 硬度檢查在全厚度焊縫的宏觀(guān)試樣進(jìn)行, 要求硬度值滿(mǎn)足200HV

        ~290HV

        。 硬度試驗(yàn)打點(diǎn)位置如圖7所示, 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

        4 金相檢測(cè)

        業(yè)主技術(shù)規(guī)格書(shū)要求對(duì)于PQR 試樣進(jìn)行宏觀(guān)金相檢測(cè)和微觀(guān)金相檢查, 并且要求焊縫和熱影響區(qū)金屬微觀(guān)組織為100%回火馬氏體。 具體試驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示。 從圖8 可以看出, 焊接接頭無(wú)焊接缺陷, 焊縫和熱影響區(qū)均為回火馬氏體組織。

        針對(duì)整體空間三維立體化設(shè)計(jì),必是未來(lái)高密度環(huán)境下建筑設(shè)計(jì)的一種趨勢(shì),這種趨勢(shì)在未來(lái)科幻電影中均有體現(xiàn)。試想在我們生活的現(xiàn)實(shí)中,樓房在有限的用地中一方面會(huì)向高處發(fā)展,于是越來(lái)越多的空中花園、空中運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和室外空中集聚地等出現(xiàn);另一方面會(huì)挖掘地下空間,出現(xiàn)地下停車(chē)場(chǎng)、地下運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等?,F(xiàn)代的校園設(shè)計(jì)也在慢慢汲取這些概念,不同功能分層次橫豎向進(jìn)行穿插[15]。這也呼應(yīng)了本論文提出的將功能塊分解,重新組構(gòu)集合在一個(gè)新的三維空間中。

        5 生產(chǎn)應(yīng)用

        按照ASME BPVC IX 完成了P91 鋼的焊接工藝評(píng)定, 各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目規(guī)格書(shū)的要求。 該埋弧焊焊接工藝得到業(yè)主的批準(zhǔn)和認(rèn)可, 在承建項(xiàng)目得以應(yīng)用, 極大地提高了P91 材料的焊接效率, 各焊接方法的焊接工時(shí)見(jiàn)表6。 在焊接施工中, 尤其是大管徑、 厚壁管的焊接效率提升更為顯著, 為普通手工電弧焊的10 倍左右。

        6 結(jié) 論

        (1) 通過(guò)對(duì)P91 材料埋弧焊焊接材料的選擇、 工藝參數(shù)研究和焊接過(guò)程的控制, 避免了P91 耐熱鋼焊接冷裂紋的產(chǎn)生, 保證焊接接頭的力學(xué)性能滿(mǎn)足要求。

        (2) 對(duì)于P91 材料焊接需要嚴(yán)格注意焊接過(guò)程的溫度控制, 包括200~250 ℃高溫預(yù)熱、 焊后300~350 ℃保溫2 h 的消氫處理以及溫度(760±14 ) ℃保溫2 h 的焊后熱處理。 另外, 為避免焊接接頭的硬度超標(biāo), 在進(jìn)行PWHT 之前,需要將焊縫冷卻到93 ℃以下, 最大限度地使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

        (3) 按照標(biāo)準(zhǔn)ASME BPVC IX 和業(yè)主規(guī)格書(shū)要求完成了P91 埋弧焊焊接工藝評(píng)定, 并且成功應(yīng)用于項(xiàng)目焊接, 顯著提高了P91 鋼的焊接效率。

        [1] ASME. Welding,Brazing and Fusing Qualifications:ASME BPVC IX—2019[S].New York:ASME,2019.

        [2] American Welding Society. Recommended Practices for Local Heating of Welds in Piping and Tubing:AWS D10.10-D10.10M—1999[S].Miami:AWS,1999.

        [3] American Petroleum Institut. Use of 9Cr-1Mo-V (Grade 91) Steel in the Oil Refining Industry:API TR 938-B[S]. Washington:API,2008.

        [4] American Petroleum Institute. Welding Guidelines for the Chemical,Oil, and Gas Industries:API RP 582—2016[S]. Washington:API,2016.

        [5] American Petroleum Institute. Fabrication Considerations for Vanadium-Modified Cr-Mo Steel Heavy Wall Pressure Vessels:API TR 934-B—2011[S].Washington:API,2016.

        [6] 公永建,郭建鋒,丁光柱. SA335-P91 鋼焊接及焊后熱處理工藝[J]. 焊接技術(shù),2015,44(5): 84-86.

        [7] 王敬紅. P91 鋼的焊接工藝評(píng)定及現(xiàn)場(chǎng)焊接[J]. 焊接技術(shù),2001,30(1):42-43.

        [8] 王文瀚. 焊接技術(shù)手冊(cè)[M]. 鄭州: 河南科學(xué)技術(shù)出版社,2000.

        [9] 尹士科.焊接材料手冊(cè)[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

        [10] 錢(qián)昌黔.耐熱鋼焊接[M].北京:水利水電出版社,1988.

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