淺談芳烴聯(lián)合裝置加熱爐爐管的焊接

李雪梅

中石化第四建設(shè)有限公司 天津 300270

耐熱鋼P9 在溫度不大于630℃的使用環(huán)境下，在高溫硫腐蝕、高溫環(huán)烷酸腐蝕介質(zhì)中都有良好的抗腐蝕能力，因此廣泛應(yīng)用于石化裝置中的管道及加熱爐爐管的焊接。以芳烴聯(lián)合裝置四合一加熱爐爐管為例，介紹耐熱鋼P9 的焊接工藝。爐管的規(guī)格如表1 所示。

表1 P9 爐管規(guī)格及焊口數(shù)量

1 爐管P9 的性能分析

1.1 化學(xué)成分及機械性能

P9 化學(xué)成分及機械性能具體見表2 和表3。

表2 P9 無縫鋼管化學(xué)成分表 %

表3 P9 無縫鋼管力學(xué)性能表

1.2 工藝焊接性

（1）P9 鋼可焊性較差，具有相當(dāng)高的空淬傾向和較大的冷裂傾向，焊接完成后焊縫及熱影響區(qū)金屬硬度高、塑性差。為防止冷裂紋的形成并保證接頭的韌性，焊前應(yīng)進行預(yù)熱，焊后應(yīng)進行熱處理。

（2）控制焊接區(qū)組織轉(zhuǎn)變的進程也是耐熱鋼P9 焊接質(zhì)量控制的關(guān)鍵。要在焊接過程中嚴格控制焊件的道間溫度，使其保持在預(yù)熱溫度以上。

（3）P9 焊接接頭在焊后狀態(tài)均為高硬度的不穩(wěn)定組織，因此焊后必須作相應(yīng)的熱處理，以改善焊接接頭的機械性能。

（4）從耐熱鋼爐管P9 的焊接性分析來看，加熱爐爐管焊接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是防止冷裂紋產(chǎn)生。為了避免冷裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)重點控制焊接環(huán)境、焊接材料、焊前預(yù)熱、焊接道間溫度和焊后熱處理等工序。

2 焊接施工準備

2.1 環(huán)境條件

施焊前應(yīng)確認環(huán)境符合要求，風(fēng)速：手弧焊小于8m/ s；氬弧焊小于2m/ s。相對濕度小于90%。無雨、雪天氣。

如果環(huán)境不滿足上述要求，應(yīng)搭設(shè)防風(fēng)、防雨棚，否則禁止施焊。

2.2 焊機要求

焊機為直流焊機，并且保證焊機完好、性能可靠，雙表指示靈敏，且在校準周期內(nèi)。

2.3 焊工資質(zhì)要求

焊工必須持有有效期內(nèi)相應(yīng)材質(zhì)、相應(yīng)位置的《特種設(shè)備焊接操作人員考核細則》合格證，經(jīng)項目質(zhì)檢站確認后方可上崗施焊，嚴禁無證上崗或越崗施工。

焊工應(yīng)配備以下工具：鋼絲刷、銼刀、焊絲筒、焊條筒、砂輪機。

2.4 焊接方法

目前石化行業(yè)常用的焊接方法為氬弧焊焊打底，焊條電弧焊蓋面。

2.5 焊接材料選用

焊接材料的選用應(yīng)根據(jù)被焊管材的化學(xué)成分、力學(xué)性能及使用和施焊條件來綜合考慮。常用的焊材為ER80S- B8，焊條為E9Mo- 15。

2.6 焊材管理

（1）入庫材料應(yīng)有合格質(zhì)量證明文件，焊條、焊絲應(yīng)按種類、牌號、批號、規(guī)格和入庫時間分類存放保管，垛有明確標(biāo)志。焊材庫應(yīng)配置空氣溫濕度記錄儀，庫房內(nèi)溫度保持在5℃以上，濕度不超過60%。焊條、焊絲應(yīng)存放在架子上，架子離地面和墻面的距離應(yīng)不小于300mm，架子上宜放置干燥劑。由專人負責(zé)，統(tǒng)一管理，作好記錄，并由材料工程師定期進行檢查。

（2）焊條烘干：焊條使用前要按照焊條說明書要求的參數(shù)進行烘干。

3 焊接具體施工

3.1 坡口加工

坡口原則上全部采用機械加工，個別管段無法進行機械加工時，也可采用火焰加工。在修磨坡口時，必須打磨掉2～3mm 的淬硬層，并將切割熱影響區(qū)打磨干凈；采用火焰加工的坡口修磨完畢后，應(yīng)對坡口表面進行檢查，確保坡口表面不存在裂紋、分層和夾渣等缺陷。

圖1 焊接流程圖

3.2 焊接接頭組對及清理

組對前要用角式磨光機、棒式砂輪機、鋼銼等將坡口及內(nèi)外兩側(cè)不小于20mm 范圍內(nèi)的母材表面清理干凈，直到露出金屬光澤。焊口組對時應(yīng)使管內(nèi)壁平齊，其錯邊量不應(yīng)超過管壁厚的10%，且不大于1mm。

3.3 定位焊

固定管或轉(zhuǎn)動管定位焊應(yīng)不少于三處，當(dāng)管徑小于57mm 時可點焊兩處。定位焊焊接工藝和焊材應(yīng)與正式焊接相同，定位焊方式為過橋方式，焊點數(shù)為2—5點，定位焊長度為10～15mm，高度為2～4mm，且不超過壁厚的2/ 3。

3.4 焊前預(yù)熱

焊前預(yù)熱溫度為200～250℃，預(yù)熱宜采用電加熱法，并應(yīng)在坡口兩側(cè)均勻進行。定位焊縫可采用火焰加熱，且取預(yù)熱溫度的上限值，但必須保證熱透且溫度均勻；預(yù)熱范圍應(yīng)為坡口中心兩側(cè)各不小于壁厚的5 倍，且不小于100mm，加熱區(qū)以外100mm 范圍內(nèi)宜保溫；預(yù)熱溫度宜在距對口中心50～100mm 范圍內(nèi)測量，且測量點應(yīng)根據(jù)焊件情況均勻分布。具體焊接工藝參數(shù)見表4。

表4 焊接工藝參數(shù)

3.5 焊接工藝要點

（1）焊縫應(yīng)盡可能一次連續(xù)焊完，預(yù)熱焊縫若被迫中斷施焊，重新焊接時要先檢查確認表面無裂紋后重新預(yù)熱方可施焊；需熱處理的焊縫中斷焊接或焊接完畢不能及時進行熱處理時，應(yīng)對焊縫進行200～350℃、不少于30min 的后熱緩冷；需熱處理焊縫的無損檢測要在熱處理完畢后進行。

（2）多層焊時，層道間溫度應(yīng)控制在等于或稍高于預(yù)熱溫度。

（3）單面鎢極氬弧焊打底焊接時，焊縫內(nèi)側(cè)充氬氣保護；打底要控制好電弧，運弧及送絲要均勻，以保證焊縫根部熔合良好。

（4）禁止在非焊接部位引弧及電弧擦傷管材表面，層間清渣要徹底。

4 焊后熱處理

（1）根據(jù)P9 材料的特性,為了減少冷裂傾向和淬硬性, 焊接后應(yīng)立即進行焊后熱處理。熱處理溫度為750～780℃。保溫時間按2.4min/ mm 計算，最短保溫時間為2h。本加熱爐爐管的保溫時間為2h。

（2）熱處理采用電加熱方式，加熱范圍為焊縫兩側(cè)各不少于焊縫寬度的3 倍，且不少于25mm。加熱區(qū)外100mm 范圍內(nèi)應(yīng)予以保溫，且管道端口應(yīng)封閉。保溫棉采用耐溫≥1000℃的硅酸鋁高鋁毯, 厚度≥30mm。

（3）熱電偶布置：熱電偶采用K 系列EU- 2 型，測溫范圍為1100℃，使用前熱電偶須經(jīng)校驗合格。安裝時用鍍鋅鐵絲捆綁牢固，端部緊貼焊縫。每道焊口按設(shè)計要求布置兩個熱電偶。

（4）自由升溫至300℃后，加熱速度應(yīng)按5125/ T（℃/ h）計算，且不大于220℃/ h。

（5）保溫后的冷卻速度應(yīng)按6500/ T（℃/ h）計算,且不大于260℃/ h，300℃后可自然冷卻。

（6）各種材料按標(biāo)準布置完畢后，對加熱器、保溫棉和連接頭等進行自查，合格后連線并送電進行熱處理。

（7）焊后熱處理的溫度控制宜采用計算機自動控制，溫度曲線應(yīng)用計算機自動記錄。

5 硬度檢測

爐管鉻鉬鋼焊縫經(jīng)熱處理后，需按設(shè)計要求對焊縫進行100%的硬度檢測。每個接頭的硬度檢驗應(yīng)不少于1 處，每處應(yīng)包括焊縫、熱影響區(qū)，其合格標(biāo)準為布氏硬度HB≤241。

6 質(zhì)量要求

6.1 外觀質(zhì)量要求

焊縫與母材圓滑過渡，表面應(yīng)無裂紋、氣孔、夾渣、飛濺和咬邊等缺陷；焊縫表面不得低于母材表面，100%射線檢測焊接接頭余高不超過1+0.1b（b 為組對后坡口最大寬度），且不超過2mm；其余焊接接頭余高不超過1+0.2b，且不超過3mm。

6.2 內(nèi)部質(zhì)量要求

內(nèi)部質(zhì)量檢查按照設(shè)計要求100%射線檢測，II 級為合格。

7 結(jié)論

本裝置加熱爐爐管現(xiàn)場焊接時，嚴格按照焊接工藝執(zhí)行焊前預(yù)熱、焊接、焊后熱處理等工藝要求，焊接一次合格率達99%以上，保證了工程焊接質(zhì)量。