P91鋼管焊接工藝

葛 守 文

(山西省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，山西 太原　030012)

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P91鋼管焊接工藝

葛 守 文

(山西省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，山西 太原030012)

根據(jù)P91鋼材的特點(diǎn)，分析了其焊接性能，從焊前準(zhǔn)備、坡口制備、管內(nèi)充氬、焊條電弧焊等方面，闡述了P91鋼管的焊接工藝，經(jīng)現(xiàn)場焊縫無損檢測表明，該焊接工藝一次合格率達(dá)到了97%。

鋼管，焊接工藝，管道，無損檢測

1　概述

隨著我國工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，國外的金屬材料也越來越多的得到使用。本公司在陽煤集團(tuán)山西壽陽化工新建的40萬t/年乙二醇項(xiàng)目中，首次遇到進(jìn)口鋼號P91的焊接，該鋼標(biāo)準(zhǔn)號ASTM A335，屬于中合金耐熱鋼，管道的規(guī)格為DN300×22。

2　P91鋼材特點(diǎn)

P91鋼材具有高溫持久強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和高溫抗蠕變能力等綜合性能。其化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。

表1　P91材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 　%

表2　P91材料的力學(xué)性能

3　焊接性分析

1)P91鋼材的焊接性能較差，在不預(yù)熱的情況下焊接裂紋達(dá)100%，具有較大的冷裂傾向，當(dāng)預(yù)熱200 ℃～250 ℃時(shí)可避免冷裂紋的產(chǎn)生。2)焊接過程需要嚴(yán)格控制層間溫度。3)對焊接熱輸入控制比較高，要求較小的焊接線能量，防止熱影響區(qū)過熱組織脆化。4)焊后必須進(jìn)行熱處理。

4　焊接工藝評定流程

焊接準(zhǔn)備→坡口制備→管道裝配及加熱器裝配→預(yù)熱→管內(nèi)充氬→氬弧焊打底→焊條電弧焊→保溫緩冷至100 ℃～120 ℃保溫2 h→焊后熱處理→外觀檢查→硬度檢驗(yàn)→無損檢測→試樣制備→力學(xué)試驗(yàn)→評定結(jié)果。

1)焊前準(zhǔn)備。a.收集相關(guān)資料，編制預(yù)焊接工藝規(guī)程，內(nèi)容盡可能全面詳細(xì)。b.焊接方法選擇鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊填充及蓋面。c.母材應(yīng)具有制造廠的質(zhì)量證明書。d.焊接材料采用日本神鋼的焊絲ER90S-B9，焊條E9015-B9。應(yīng)具有制造廠焊接材料質(zhì)量證明書。焊前焊絲表面清理，焊條按說明書烘干。e.焊接用氬氣應(yīng)符合GB/T 4942的規(guī)定，氬氣的純度不應(yīng)低于99.99%。f.鎢極宜采用鈰鎢極。g.焊接設(shè)備選用逆變式直流弧焊機(jī)。

2)坡口制備。a.坡口加工采用機(jī)械加工方法。b.坡口形式采用U形坡口。

坡口加工采取機(jī)械加工，坡口形式如圖1所示。坡口應(yīng)平滑均勻，尺寸符合要求，對口前需認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)不合格必須用磨光機(jī)等工具修磨至合格。清理坡口內(nèi)外壁兩側(cè)15 mm～20 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等污物，直至露出金屬光澤。

3)管道裝配及加熱器裝配。a.坡口組對前應(yīng)將坡口及內(nèi)外側(cè)表面20 mm范圍內(nèi)打磨干凈。b.管道裝配前管道內(nèi)坡口兩側(cè)各150 mm粘易溶紙，用耐高溫膠帶粘牢，組對后成為充氣室。c.管道焊縫組對時(shí)，內(nèi)壁應(yīng)平齊，錯(cuò)邊量小于壁厚的10%，且小于1 mm。d.裝配定位塊采用低碳鋼材料。坡口內(nèi)均勻放置3塊定位塊，見圖2。e.加熱器應(yīng)布置在坡口兩側(cè)，加熱器布置前應(yīng)將熱電偶焊接在加熱區(qū)域的管道上，加熱器外面用石棉布包裹并固定。

　　　圖1　坡口形式　　　　　　　　　圖2　管道裝配

4)預(yù)熱。采用加熱器電加熱，采用電腦溫控設(shè)備，進(jìn)行加熱自動(dòng)控制。根據(jù)預(yù)焊接工藝規(guī)程要求的預(yù)熱溫度設(shè)定，對焊口進(jìn)行跟蹤預(yù)熱，熱電偶對稱布置，熱電偶與管件應(yīng)接觸良好。氬弧焊預(yù)熱溫度為150 ℃～200 ℃，焊條電弧焊預(yù)熱為200 ℃～250 ℃。

5)管內(nèi)充氬。為防止根層焊縫金屬氧化，氬弧焊打底及焊條填充第一層焊道時(shí)，應(yīng)采取管內(nèi)充氬氣保護(hù)。

6)鎢極氬弧焊打底。打底焊接采用鎢極氬弧焊方法，焊接前清理焊絲表面油、污，依據(jù)預(yù)焊接工藝規(guī)程的焊接參數(shù)及相關(guān)要求進(jìn)行施焊，焊接前應(yīng)對氣室內(nèi)充氬氣，待氣室內(nèi)的空氣完全排出后方可以打底焊接。焊接至定位塊時(shí)，應(yīng)去除定位塊，焊點(diǎn)用砂輪機(jī)打磨，經(jīng)肉眼或低倍放大鏡檢查，確認(rèn)無裂紋后繼續(xù)施焊，鎢極氬弧焊打底層厚度以3 mm為宜。

7)焊條電弧焊。填充、蓋面采用焊條電弧焊方法，焊前，應(yīng)按要求對焊條進(jìn)行烘干，焊條烘烤(350 ℃～400 ℃)2 h，放在焊條保溫桶內(nèi)，隨取隨用。焊接過程應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度。層間溫度控制在200 ℃～250 ℃，除以熱電偶進(jìn)行自動(dòng)控溫外，現(xiàn)場輔以遠(yuǎn)紅外測溫儀進(jìn)行監(jiān)控，保證控溫準(zhǔn)確。

電焊焊層厚度不大于焊條直徑。焊接采取多層多道焊，中間焊道為退火焊道。多層多道焊接，宜兩人對稱焊接。每焊完一層后，必須將焊渣徹底清理干凈，消除缺陷后再繼續(xù)焊接。每層的焊接厚度不得超過3 mm～4 mm，焊條的擺動(dòng)寬度不得超過焊條直徑的4倍。施焊過程中，應(yīng)特別注意接頭和收弧質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿。每層焊縫的接頭要錯(cuò)開，同一層相鄰焊道的接頭也要錯(cuò)開。焊接規(guī)范見表3。

表3　焊接規(guī)范參數(shù)

8)保溫緩冷至100 ℃～120 ℃保溫2 h。焊接完畢，焊縫及兩側(cè)母材覆蓋硅酸鋁纖維氈進(jìn)行保溫緩冷，使焊縫組織完全馬氏體化。

9)焊后熱處理。焊后緩冷至100 ℃～120 ℃，保溫2 h使焊縫組織完全馬氏體化。之后立即進(jìn)行焊后熱處理。熱處理溫度(760±10)℃，恒溫時(shí)間4 h,升降溫速度不大于150 ℃/h。熱處理曲線圖見圖3。

圖3　熱處理曲線圖

10)外觀檢查。焊接接頭經(jīng)檢查應(yīng)無飛濺、表面弧坑、咬邊、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，焊縫與母材圓滑過渡。

11)硬度檢驗(yàn)。焊后熱處理進(jìn)行后，溫度處于常態(tài)下，進(jìn)行焊接接頭的硬度檢測，硬度值不超過母材硬度值加100 HB，且應(yīng)不大于300 HB。如果硬度值超標(biāo)，應(yīng)重新進(jìn)行焊后熱處理。

12)無損檢測。外觀檢查合格后委托無損檢測，方法為X射線檢測(合格級別Ⅱ級)或超聲檢測(合格級別Ⅰ級)。由于P91材質(zhì)屬于脆硬傾向較大的材料，易產(chǎn)生冷裂紋，焊縫的無損檢測應(yīng)在焊接完畢36 h后進(jìn)行。

13)試樣制備。根據(jù)NB/T 47014—2011承壓設(shè)備焊接工藝評定的要求，焊接試件應(yīng)制備力學(xué)試驗(yàn)試樣。

14)力學(xué)試驗(yàn)。委托試驗(yàn)方法、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

15)焊接工藝評定結(jié)果。對于單位首次使用新材料應(yīng)按照NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行焊接工藝評定，評定前編制預(yù)焊接工藝規(guī)程指導(dǎo)P91鋼管的預(yù)熱、焊接、焊后熱處理，焊接試件按檢驗(yàn)項(xiàng)目要求進(jìn)行外觀檢查、無損檢測、硬度測試、拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)。檢驗(yàn)檢測和試驗(yàn)結(jié)果均合格。依據(jù)焊接記錄、試驗(yàn)結(jié)果編制焊接工藝評定報(bào)告。

5　結(jié)語

通過制定合理的焊接工藝，并進(jìn)行焊接工藝評定，編制焊接工藝規(guī)程指導(dǎo)工程施工。該焊接工藝應(yīng)用在工程管道中，順利地完成了P91管道的焊接工作，現(xiàn)場焊縫無損檢測一次合格率達(dá)到97%。

[1]斯重遙.焊接手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2]國家電力公司電源建設(shè)部.T91/P91鋼焊接工藝導(dǎo)則[Z].2002.

The P91 steel pipe welding process

Ge Shouwen

(ShanxiIndustrialEquipmentInstallationLimitedCompany,Taiyuan030012,China)

According to the characteristics of P91 steel, this paper analyzed its welding performance, from the preparation before welding, groove preparation, tube filled with argon, welding rod arc welding and other aspects, elaborated the P91 steel pipe welding process, through the field weld NDT indicated that, the welding time pass rate reached 97%.

steel pipe, welding process, pipeline, nondestructive detection

1009-6825(2016)21-0110-02

2016-05-14

葛守文(1977- )，男，工程師

TU758.11

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