鍋爐安裝與檢測(cè)中高合金鋼管焊接工藝研究

摘要：

本文首先對(duì)高合金鋼管的焊接性能進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)鍋爐安裝與檢測(cè)中高合金鋼管的焊接工藝進(jìn)行研究。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)Ω吆辖痄摴芎附淤|(zhì)量的提高有所幫助。

目前，在大型鍋爐機(jī)組的安裝中，常常會(huì)使用到一些新型的鋼材，如Super304H，HR3C、TP347HFG以及NF709等等。同時(shí)，在高溫管道系統(tǒng)中，還會(huì)使用到SA213T91、T92和T122等等，這些全都屬于高合金鋼材。對(duì)于高合金鋼而言，采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊對(duì)根部進(jìn)行焊接時(shí)，容易出現(xiàn)氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致焊縫本身的性能降低，輕則會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致爆管的后果，這樣會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，必須提高鍋爐安裝與檢測(cè)中的高合金鋼管焊接工藝質(zhì)量。

1.高合金鋼管的焊接性能分析

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的萊氏體鋼Cr12進(jìn)行改進(jìn)后，開(kāi)發(fā)出了Cr含量為12%的高耐腐性鐵素體耐熱鋼，即T122鋼，這種鋼材的耐腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于9Cr鋼材，它的最大允許應(yīng)力約為T(mén)91鋼的1.3倍左右，且具有良好的焊接性能。T/P91鋼的組織結(jié)構(gòu)為馬氏體，通常狀態(tài)為正火加回火，屬于典型的高合金鋼，它的特點(diǎn)是高溫抗氧化性，并且也具備一定的高溫抗腐蝕性，其Cr含量約為8.0-9.5%左右，與T122相比，其焊接性能偏差，在焊接過(guò)程中，容易出現(xiàn)冷裂紋和接頭脆化等質(zhì)量問(wèn)題，如果想要獲得較為滿意的接頭焊接質(zhì)量，就必須在焊接時(shí)，嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)工藝規(guī)范的要求進(jìn)行操作。T/P92鋼在上個(gè)世紀(jì)90代表中期正式被美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）所認(rèn)可，在P91鋼原本性能的基礎(chǔ)上，采用超純凈冶煉和微合金技術(shù)工藝進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出了P92鋼，這是一種細(xì)晶強(qiáng)韌化熱強(qiáng)鋼，它的M0含量減少至5%，W增加了1.7%，其特點(diǎn)是在高溫條件下，抗氧化和抗腐蝕能力強(qiáng)，且韌性和塑性較好。

2.鍋爐安裝與檢測(cè)中高合金鋼管的焊接工藝

在鍋爐安裝與檢測(cè)工程中，管道的焊接是較為重要的組成部分之一，由于生產(chǎn)方面的需求，有些鍋爐管道需要采用高合金鋼材，如SA213T122等等，對(duì)于這類(lèi)鋼材而言，若是采用傳統(tǒng)的焊接工藝，焊縫位置容易出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，從而影響焊接質(zhì)量，也不利于鍋爐的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。為了確保高合金管的焊接質(zhì)量，必須采取合理可行的焊接工藝，并對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行有效控制。

2.1高合金鋼管的焊接工藝要點(diǎn)

（1）以母材的力學(xué)性能、化學(xué)成分、使用要求等為依據(jù)，選擇焊條和焊絲。需要注意的是，選用的焊條與焊絲的各方面性能應(yīng)當(dāng)與母材相適應(yīng)，可以使用光譜分析儀進(jìn)行檢測(cè)，鑒于焊接中的母材為高合金鋼，經(jīng)綜合考慮后，決定選用R307焊條和TIG R30焊絲。

（2）在進(jìn)行焊接作業(yè)前，應(yīng)當(dāng)先對(duì)焊條進(jìn)行烘干處理，并由專(zhuān)人負(fù)責(zé)管理，處理好的焊條可裝于保溫桶內(nèi)，不得隨意堆放。同時(shí)，為了防止電弧損傷母材的情況發(fā)生，不得在管道坡口之外的母材表面上進(jìn)行引弧和試驗(yàn)電流。

（3）等待焊接的接頭坡口表面需平滑無(wú)凹槽等，接頭及其兩側(cè)25mm范圍內(nèi)需清理去除油脂、鐵屑、塵土等雜物，必要時(shí)需打磨至金屬光澤。

（4）當(dāng)焊接件中的鉻元素超過(guò)3%，或是焊接件中的合金含量超過(guò)5%時(shí)，在進(jìn)行氬弧焊打底焊接的過(guò)程中，必須預(yù)先在管道內(nèi)部充滿氬氣或其它保護(hù)氣體，這樣可以避免內(nèi)側(cè)的焊縫金屬出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。

（5）在焊接的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)確保每條焊縫都一次性完成，如果有特殊原因需要斷焊時(shí)，必須按照相應(yīng)的工藝要求，采取緩冷或是后熱等措施，這樣能夠避免裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)，再次焊接之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)焊層表面進(jìn)行檢查，確定無(wú)裂紋之后方可施焊。

（6）在正式焊接前需要按規(guī)范要求進(jìn)行預(yù)熱，加熱的范圍應(yīng)當(dāng)控制在焊縫中心位置，每一側(cè)均不得小于焊件實(shí)際厚度的3倍。焊接過(guò)程中注意控制層間溫度，層間溫度過(guò)高，建議停止焊接，待層間溫度降到合理范圍內(nèi)，再繼續(xù)焊接。此外，當(dāng)焊接作業(yè)完畢后，需要進(jìn)行焊后熱處理，該環(huán)節(jié)的加熱范圍每一側(cè)不得小于焊縫實(shí)際寬度的3倍，同時(shí)，還應(yīng)對(duì)加熱帶之外的部分采取相應(yīng)的保溫措施，所有的測(cè)溫點(diǎn)都必須對(duì)稱(chēng)布設(shè)。

（7）當(dāng)熱處理溫度達(dá)到400℃左右時(shí)，加熱速率不得超過(guò)330℃/h，熱處理的恒溫時(shí)間應(yīng)當(dāng)根據(jù)壁厚進(jìn)行確定，一般情況下，壁厚為25mm的需要恒溫1h左右，最低不得少于15min，恒溫期間的高低溫差不得超過(guò)65℃。此外，恒溫后的冷卻速率不得超過(guò)260℃/h。

2.2高合金鋼管焊接質(zhì)量檢查

在高合金鋼管焊接完畢之后，需要對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查，具體內(nèi)容如下：

（1）應(yīng)當(dāng)對(duì)管道的焊縫外觀進(jìn)行檢查，并確保其符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定要求。同時(shí)，應(yīng)在每一道焊口以及熱處理工作完成之后，采用光譜分析儀對(duì)焊口進(jìn)行檢查，看其化學(xué)成分是否與有關(guān)要求相符，若是不符合要求，則應(yīng)當(dāng)及時(shí)查明原因，并采取措施進(jìn)行處理。

（2）焊接完畢后，應(yīng)當(dāng)焊口的熱硬度進(jìn)行檢測(cè)，合格的標(biāo)準(zhǔn)為焊縫的熱硬度不超過(guò)母材本身硬度+100。

（3）在對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查時(shí)，可以采用超聲波或是射線照射，而焊縫外表面可采用磁粉或滲透探傷，且磁粉或滲透探傷需在焊后保溫徹底冷卻后進(jìn)行。無(wú)論采用何種方法進(jìn)行檢測(cè)，都必須符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。

（4）當(dāng)焊接接頭存在超標(biāo)的缺陷時(shí)，可以采取挖補(bǔ)的方式進(jìn)行返修，需要注意的是，對(duì)于同一個(gè)位置挖補(bǔ)的次數(shù)高合金鋼不得大于2次，并且需要按照如下規(guī)定進(jìn)行：其一，必須將缺陷徹底清除；其二，補(bǔ)焊時(shí)必須制定相應(yīng)的措施，并嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的修補(bǔ)工藝要求作業(yè)；其三，返修后，返修處需再次外觀檢查、光譜分析；其四，而后應(yīng)對(duì)接頭重新進(jìn)行熱處理；其五，熱處理后返修處應(yīng)進(jìn)行必要的硬度測(cè)試；其六，熱處理后，返修接頭必須再次進(jìn)行與原工藝一致的探傷檢測(cè)。

3.結(jié)論

總而言之，在鍋爐安裝與檢測(cè)中，高合金鋼管的焊接是一項(xiàng)較為復(fù)雜其系統(tǒng)的工作，除了要結(jié)合管材的性能合理選擇焊條和焊絲之外，還應(yīng)當(dāng)了解并掌握焊接工藝要點(diǎn)。同時(shí)，在焊接完畢后，必須對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查。只有這樣，才能保證高合金鋼管的焊接質(zhì)量，也才能確保鍋爐的運(yùn)行安全、穩(wěn)定。在未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)高合金鋼管焊接工藝的研究力度，并在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善。