P9鋼管焊接性分析

鞠小虎

摘?要： 針對(duì)P9鋼管焊接性分析，通過(guò)可焊性分析，選用相應(yīng)的的焊接方法、焊接坡口、焊接材料和無(wú)損檢測(cè)，確定了合適的焊接工藝并應(yīng)用于生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞： A335P9 ;裂紋;焊接工藝

【中圖分類號(hào)】TG47?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.223

1?前言

ASTM A335 P9鋼管是煉化工程中常見(jiàn)的一種鉻鉬合金耐熱鋼管，因其在高溫下具有很高的強(qiáng)度、抗氧化性以及耐腐蝕性能，廣泛用于 煉化裝置中許多高溫高壓、易燃易爆的場(chǎng)所。

2?焊接性分析

某大型化工企業(yè)一套設(shè)備，主要采用P9合金鋼管。鋼管規(guī)格Φ141.3X6.55X13000，材質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)為ASTM A335P9、爐管應(yīng)采用熱軋工藝制造，其制造和檢驗(yàn)等符合ASTM A335/A335M的要求;所有鋼管均為無(wú)縫管，并應(yīng)該按供貨范圍規(guī)定長(zhǎng)度整根交貨，單根爐管不得有對(duì)接焊縫;爐管外觀質(zhì)量要求;無(wú)裂紋、劃痕、壓痕、凹坑、褶皺、重皮等表面缺陷。ASTM A335 P9鋼管由于是一種鉻鉬合金耐熱鋼管，為保證耐熱鋼焊接結(jié)構(gòu)在高溫、高壓和各種復(fù)雜介質(zhì)下長(zhǎng)期安全地運(yùn)行，焊接接頭性能必須具有與母材相當(dāng)?shù)牡葟?qiáng)性和等塑性、抗氫性和抗氧化性、組織穩(wěn)定性。并且焊接時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋、再熱裂紋和延遲裂紋，所以要求焊前預(yù)熱，焊后熱處理。

2.1?冷裂紋

焊接接頭冷卻到較低溫度下時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋叫冷裂紋。主要發(fā)生在重碳鋼、高碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼、中合金鋼高強(qiáng)鋼、馬氏體不銹鋼的焊接熱影響區(qū)，一些超高強(qiáng)度鋼、鈦合金有時(shí)也出現(xiàn)在焊縫中。焊接冷裂紋主要分布在焊道下、焊縫根部、焊趾、焊縫表面，具有沿品及穿晶斷裂特征，斷口明亮有金屬光澤。焊接冷裂紋包括淬硬脆化裂紋、延遲裂紋、低塑性脆化裂紋。

2.2?再熱裂紋

焊接后，在消除殘余應(yīng)力熱處理或不經(jīng)任何熱處理的焊件，在一定條件下產(chǎn)生沿奧氏體晶界發(fā)展的裂紋。事實(shí)上再熱裂紋是低合金高強(qiáng)鋼焊接性要解決的主要問(wèn)題之一，特別是某些含有較多碳化物形成元素（如Cr，Mo，V），并可產(chǎn)生沉淀碳化物的低合金高強(qiáng)鋼和熱強(qiáng)鋼厚板焊縫中，往往就會(huì)在焊后消除應(yīng)力熱處理過(guò)程中產(chǎn)生再熱裂紋[1]。

2.3?延遲裂紋

延遲是冷裂紋的一種，是由于塑性儲(chǔ)備、應(yīng)力狀態(tài)以及焊縫金屬中氫含量等綜合作用而產(chǎn)生的焊接裂紋。具有孕育期的冷裂紋稱為延遲裂紋。延遲裂紋不是在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的，而是在焊后延續(xù)一段時(shí)間產(chǎn)生的。

延遲裂紋主要發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼中，主要與焊縫含擴(kuò)散氫、接頭所承受的拉應(yīng)力以及由材料淬硬傾向決定的金屬塑性儲(chǔ)備有關(guān)，是三個(gè)因素中的某一因素與相互作用的結(jié)果。

3?焊接工藝

3.1?焊接方法選擇

爐管焊接一般采用手工鎢極氬弧焊打底、手工電弧焊進(jìn)行填充和蓋面焊接。焊材使用前應(yīng)嚴(yán)格的烘干、保溫，焊絲使用前應(yīng)清除焊 絲表面的油污、鐵銹。氬弧焊打 底焊接時(shí)管內(nèi)充氬保護(hù)，采用焊條電弧焊時(shí)，必須采用低氫堿性藥皮焊條。

3.2?坡口制定

坡口形式采用單V形坡口。

3.3?焊接材料選擇

選用的焊接材料為焊絲ER80S-B8和焊條E8015-B8。

3.4?焊接工藝參數(shù)和焊條成分如表1所示。

3.5?施焊前準(zhǔn)備

焊條在使用前應(yīng)按其出廠說(shuō)明書的規(guī) 定進(jìn)行烘干。焊絲使用前，必須清除銹斑和油污，并露出金屬光澤。為了防止管內(nèi)側(cè)焊縫氧化或過(guò)燒，管內(nèi)進(jìn)行充氬保護(hù)，向管道內(nèi)充干燥的、純度99.9%以上的氬氣。焊接前，應(yīng)先將坡口端部以內(nèi)20mm范圍內(nèi)的氧化皮、水、油污等清除干凈，并用砂輪打磨直至露出金屬光澤。焊接前應(yīng)對(duì)焊接坡口進(jìn)行100%硬度檢測(cè)、HB≤母材硬度，表面100%PT檢測(cè)合格后方可焊接。

3.6?焊前預(yù)熱

預(yù)熱方法采用電加熱，預(yù)熱升溫應(yīng)緩 慢而均勻，防止局部過(guò)熱。預(yù)熱溫度的測(cè)量，宜采用觸點(diǎn)式溫度計(jì)，預(yù)熱范圍以對(duì)口中心線為基準(zhǔn)兩側(cè)各不小于3倍壁厚，且不小于100mm，加熱區(qū)以外的100mm范圍內(nèi)應(yīng)予以保溫，以減小溫度梯度。焊件達(dá)到預(yù)熱溫度后立即進(jìn)行底層焊道的焊接。

3.7?焊接及焊后熱處理

焊接時(shí)應(yīng)采用多層多道焊接方法。底層焊縫采用氬弧焊方法進(jìn)行焊接。打底時(shí)管道內(nèi)側(cè)應(yīng)充氬氣保護(hù)，以防止打底層氧化。底層焊道完成后一般應(yīng)立即進(jìn)行下一層焊道的 焊接，且應(yīng)在保持預(yù)熱溫度的條件下，焊縫一次連續(xù)焊完，如中斷，應(yīng)立即進(jìn)行溫度為300℃一350℃、時(shí)間15min-30min的后熱處理，然后保溫緩冷至室溫。再焊接時(shí)應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)裂紋等缺陷后方可按原焊接工藝規(guī)程繼續(xù)進(jìn)行焊接。

焊縫焊后不能及時(shí)進(jìn)行熱處理，應(yīng)立即進(jìn)行后熱消氫處理，具體方法是將焊縫加熱至300℃～350℃，恒溫1小時(shí)，然后緩冷至室溫。

焊后熱處理能消除焊接殘余應(yīng)力，改善焊縫組織和力學(xué)性能，這是防止延遲裂紋的重要措施之一。焊接完成后如果不能立即進(jìn)行焊后熱處理，及時(shí)進(jìn)行300～350℃保溫，15～30min的后熱處理，然后緩冷，再進(jìn)行正式熱處理。

3.8?焊接檢查

所有對(duì)接焊縫應(yīng)按NB/T47013進(jìn)行100%射線檢測(cè)，合格等級(jí)為Ⅱ級(jí)。無(wú)損檢測(cè)應(yīng)在焊后24小時(shí)后進(jìn)行。

所有對(duì)接焊縫應(yīng)按NB/T47013.5進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，合格等級(jí)為I級(jí)。

4?注意事項(xiàng)

選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應(yīng)力。確保層間溫度不低于預(yù)熱溫度。對(duì)于厚壁管采用多層多道焊焊接工藝。要注意弧坑裂紋的產(chǎn)生，弧坑裂紋是導(dǎo)致整個(gè)焊接失敗的主要原因，因此在收弧處要快速的點(diǎn)弧焊填滿弧坑，避免弧坑裂紋的產(chǎn)生。

5?檢測(cè)

按GB151-1999《管殼式換熱器》、HG20584-2011《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》、GB150-2011《壓力容器》焊縫經(jīng)過(guò)外觀、PT和RT檢測(cè)全部合格，力學(xué)性能均達(dá)到要求，水壓試驗(yàn)完全達(dá)到要求[2] 。

6?結(jié)論

文章主要分析了ASTM A335 P9鋼管的焊接，制定了焊接工藝，并保證了焊接質(zhì)量積累了的焊接經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]?斯重遙.焊接手冊(cè)（2版）第二卷.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1992.