30CrMo高壓管道焊接

李洪川

(四川省工業(yè)設備安裝公司, 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)，壁厚最厚達到80 mm，管道壓力達到70 MPa，且該液壓系統(tǒng)由美國Oilgear 公司設計，并由其現(xiàn)場監(jiān)督施工，安裝工藝過程需滿足ASME標準。文章通過具體實例簡單介紹了30CrMo高壓管道的化學成分與力學性能，詳細說明了30CrMo高壓管道的焊接技術及施工方法。

鋼材; 30CrMo; 焊接; 熱處理

30CrMo鋼是一種Cr-Mo系列合金結構鋼，具有高的強度和韌性，淬透性較高，在油中臨界淬透直徑為15～70 mm；30CrMo鋼的熱強度性能也較好，在低于500℃溫度時，具有良好的高溫強度，但550℃時其強度顯著下降。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)就其焊接技術和施工方法進行總結，以便提供參考。

1 30CrMo化學成分

30CrMo鋼材化學成分見表1。

表1 化學成分 %

2 30CrMo力學性能

30CrMo鋼材力學性能見表2。

表2 力學性能

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，其結晶溫度區(qū)間較大，偏析也較嚴重，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，應盡量選用含碳量低的焊條，并且在焊接時應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成分比較見表3。

表3 化學成分比較 %

4 30CrMo管道焊接

4.1 焊前準備

(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管道必須采用機械坡口，不得采用火焰切割。焊接坡口應平整，無裂紋、重皮、毛刺、凸凹、縮口、熔渣、氧化物、鐵屑等。坡口表面及兩側應將水、鐵銹、油污、等有害雜質(zhì)清理干凈。

(3) 焊條在使用前應按規(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)風速、濕度過大、焊接溫度過低等情況時，需要采取有效防護措施，否則禁止施焊。焊接時的風速不應超過規(guī)定:手工電弧焊8 m/S；氬弧焊2 m/S。當超過規(guī)定時，應有防風設施。焊接電弧1 m范圍內(nèi)的相對濕度不得大于90%。

(2)管道壁厚<30 mm時采用多層單道，管道壁厚≥30 mm時采用多層多道。各層焊道的接頭應盡量錯開。每條焊縫盡量一次焊完，當中斷焊接時，應對管道采取后熱、緩冷措施。重新焊接時要按規(guī)定預熱。

(3)應嚴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，安排兩名焊工對稱焊接，并且讓管道轉(zhuǎn)動。如果管道轉(zhuǎn)動焊接受現(xiàn)場條件限制，可把管道翻轉(zhuǎn)，一個焊口焊接管道翻轉(zhuǎn)3～4次。

5 消氫

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

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)升溫時間的計算是從假定環(huán)境溫度25℃起算。

(2)保溫降到400℃后自然冷卻，實際降溫時間可能稍有延長，現(xiàn)場可依據(jù)實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 主要機具及材料

主要機具及材料見表6。

6.6 檢查和記錄

(1)熱處理完成后，及時取出自動記錄儀的熱處理溫度

表6 主要機具及材料

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、名稱、規(guī)格、焊縫編號、日期、操作人，交由熱處理負責人簽判該記錄是否符合工藝要求。

(2)對熱處理完成后的焊縫及時進行硬度檢測。檢查數(shù)量100%，檢驗區(qū)域為母材、焊縫、熱影響區(qū)。

(3)熱處理負責人填寫焊縫熱處理記錄表、硬度檢測報

告，對熱處理記錄曲線進行編號管理。

(4)熱處理結果判定。

①熱處理后的硬度值不應大于母材硬度值的125%。

②對于經(jīng)過熱處理過的管道焊縫，當發(fā)現(xiàn)熱處理溫度曲線存在問題時或硬度檢驗結果存在異常情況時，應進一步查明原因，確定是否需要重新進行熱處理。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，應重新進行熱處理；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，可進一步通過金相分析或殘余應力測試等其他檢測手段金相復查和評估，以確定是否需要重新進行熱處理。

7 總結

管路系統(tǒng)的好壞影響整個設備的運行，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。對于一種未接觸材質(zhì)的管道施工，應當先做工藝評定，并且嚴格按照工藝評定的操作規(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).

TG441

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[定稿日期]2015-04-08