10CrMoAl管道焊接工藝研究與應用

于祥寬，于海鵬

中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司 山東濟南 250102

1 序言

10CrMoAl鋼具有優良的耐海水腐蝕性能，其成分中的Al可與空氣中的O2發生化學反應，生成Al2O3保護膜，起到耐腐蝕作用；10CrMoAl中的鉻、鉬離子在海水中能自動補充氯離子對鋼材點腐蝕形成的空隙，形成致密保護層，阻止點腐蝕向縱深發展，進一步增加耐腐蝕性能。經濟性上，10CrMoAl鋼管價格僅為304不銹鋼管價格的一半，而使用壽命是它的5～10倍。綜合來看，10CrMoAl鋼是沿海電廠輸送水及含海水介質的最理想管道材料。南山印尼賓坦島熱電項目位于印尼廖內群島，三面環海，電廠循環水管道因特殊工作環境和技術需要，設計單位采用了10CrMoAl耐腐蝕無縫鋼管。通過采取合理的焊接工藝、全方位的施工過程控制，全力保證了10CrMoAl管道現場焊接質量。

2 化學成分及焊接性分析

2.1 化學成分分析

10CrMoAl鋼管的化學成分見表1，力學性能見表2。根據10CrMoAl鋼管的化學成分分析，其中加入的Mo、Al等元素具有細化晶粒，改善焊縫結晶組織的作用。

表1 10CrMoAl鋼管化學成分（質量分數） （%）

表2 10CrMoAl鋼管力學性能

2.2 焊接性分析

10CrMoAl鋼屬于耐海水腐蝕的特殊用途低合金高強度結構鋼，該類鋼主要的焊接問題是焊接接頭在冷卻到較低溫度時容易產生裂紋。對于低合金高強度結構鋼，當碳當量Ceq＜0.4%時，焊接時基本無淬硬傾向，焊接性能良好，也就不需要進行焊前預熱以及嚴格控制焊接熱輸入的措施；當0.4%＜Ceq＜0.5%時，此時淬硬傾向不明顯，焊接性尚可；當碳當量Ceq＞0.5%時，淬硬傾向明顯，冷裂紋產生可能性也隨之增加，這時需要采取一系列控制措施，如預熱、控制焊接熱輸入、焊后熱處理等。因此管道焊接前，應對其焊接性進行仔細分析，制定合理的焊接工藝，施工過程采取嚴格的技術把控。

計算碳當量的公式為Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.464%，根據計算結果得知，10CrMoAl鋼的淬硬傾向不明顯，焊接性尚可，焊接時不需要預熱和焊后熱處理[1]。

2.3 焊接工藝評定

根據規定，技術人員需遵循公司相關焊接工藝評定內容來制定現場焊接工藝指導書，現場使用的鋼管主要是φ630mm×9mm的大徑薄壁管，因此從焊接工藝評定中選擇規格為φ219mm×8mm的同材質鋼進行焊接工藝評定，可以覆蓋現場施工中的管道焊接。焊接工藝評定內容包括：所有焊接參數、外觀檢測、無損檢測、拉伸試驗以及彎曲試驗[2]。

依據工藝評定內容，焊接方法選擇SMAW；焊接材料選取10CrMoAl鋼專用焊條H03作為填充金屬。該焊條便于施焊、工藝優良，能有效防止焊接接頭產生裂紋、未熔合等缺陷，從而取得優良的焊接接頭。H03焊條熔敷金屬化學成分與力學性能見表3、表4。焊接過程中采用擺動焊、單面焊雙面成形，應用機械方法進行根層層間清理，具體焊接參數見表5。

表3 H03焊條化學成分（質量分數）（%）

表4 H03焊條熔敷金屬力學性能

表5 10CrMoAl鋼焊接參數

3 現場焊接工藝

3.1 焊前準備

（1）坡口制備 管道切割必須采用機械方法，不允許使用等離子切割、氣割、碳弧氣刨加工，采用V形坡口，坡口角度30°～35°，鈍邊＜0.5mm，對口間隙2～3mm（見圖1）。

圖1 管道焊接坡口形式

（2）坡口組對 組對前，對坡口尺寸進行核查，并用丙酮清潔坡口及其附近區域去除油脂，焊接接頭定位焊采用焊條電弧焊，焊接工藝與正式焊接工藝相同。定位焊縫必須保證完全焊透、熔合良好，且無氣孔等缺陷。焊縫應平滑過渡到母材，并將焊縫兩端打磨成斜坡狀。正式焊接時，起焊點在兩定位焊縫之間。組對時盡可能避免直接焊接在母材的夾具上，以免損傷母材。

3.2 焊接

（1）根部焊接 管道根部焊縫選擇焊條電弧焊打底，打底過程中嚴格控制電流大小。隨時使用強光手電筒，通過沒有焊接的間隙觀察內部打底情況，觀察焊縫背面有無焊瘤、未焊透等缺陷，發現后及時處理。打底結束后，清理背面藥皮，進行質量檢測，確認合格后進行填充焊接。

（2）填充焊接 10CrMoAl管道應盡可能減小熱輸入，減輕焊接接頭的敏化程度，從而可以提高耐蝕性。因此，填充焊接需采用多層多道焊接工藝，同時采用小熱輸入、短電弧、底層不擺動、蓋面層作小擺動的焊接方法。多層焊時，每焊完一層焊縫必須徹底打磨清渣，并經質量檢測合格后方可進行下一道焊接。多層焊的層間接頭應錯開，并嚴格控制層間溫度，層間溫度應控制在100～150℃。焊接過程中應注意焊縫清潔保護，焊接作業點四周搭設篷布，防止因雨水和其他雜物掉落焊縫而影響焊接質量。

（3）蓋面焊接 蓋面前檢查好填充層焊縫質量及層間溫度，以兩側坡口邊緣線為基準線，焊縫熔池向母材側延伸0.5～1mm的距離，使焊縫的寬度比坡口寬度大1～2mm，并始終保持這一寬度，以保證焊縫外觀質量（見圖2）。

圖2 蓋面焊

（4）焊縫表面自檢 焊接完畢后焊工進行嚴格自檢，填寫自檢記錄，并在焊縫附近標記上本人焊工號、焊接日期。若發現焊縫表面缺陷，如有焊瘤、氣孔、咬邊及凹坑等缺陷，應采用機械方法清除，必要時進行補焊。

4 結束語

自檢合格的焊縫經射線檢測和超聲波檢測后，合格率達到99%，不合格的焊縫通過機械方法將缺陷清除后，使用與正式焊接相同的工藝進行補焊。

綜合上述檢測結果，通過采取合理的焊接工藝以及有效的施工過程把控，將10CrMoAl耐腐蝕管道成功應用于印尼賓坦島熱電項目首期工程中，為其他項目類似管道焊接施工提供了寶貴經驗。