鉻鉬合金鋼管道焊接施工技術要點分析

李伯承(中石化第四建設有限公司，天津 300200)

1 論文意義

隨著鉻鉬合金鋼管道在石油化工行業(yè)應用日益廣泛，但由于其淬硬性強、焊接難度大、易產(chǎn)生延遲裂紋等缺點，已經(jīng)在國內(nèi)外石油化工中造成不少質(zhì)量事故和生產(chǎn)事故。因此，鉻鉬合金鋼管道的焊接技術顯得尤為重要，進一步分析鉻鉬合金鋼管道的焊接施工技術提高其一次合格率，保證裝置的安全生產(chǎn)。

2 鉻鉬合金鋼管道焊接施工工藝步驟及要點分析

本文以高鉻鉬合金鋼A335-P9為例，結合鉻鉬合金鋼的特點分析其焊接施工工藝。在鉻鉬合金鋼管道焊接施工中，首先需明確施工工藝步驟，即遵循“技術準備-材料準備-焊前坡口檢查-焊前預熱-焊接-焊后熱處理-焊后無損檢測-焊縫返修”等8個工藝步驟，下面就各步驟的施工技術要點進行分析。

2.1 技術準備

焊接施工前需針對鉻鉬合金鋼管道材質(zhì)型號以及設計文件相關要求編制專項焊接施工方案，熱處理方案，選定合適的焊接工藝評定，從而制定焊接作業(yè)指導書(焊接工藝卡)及規(guī)范焊接作業(yè)流程。所有參與焊接的焊工必須取得相應的資格證書，同時需要進行崗前焊工考試，考試合格后取得上崗證后方可施焊。正式焊接前焊接技術人員需根據(jù)施工方案以及焊接工藝卡對所有參與作業(yè)人員進行詳細交底，明確相關技術質(zhì)量要求。

2.2 材料準備

材料到貨后需根據(jù)設計文件及相關規(guī)范要求對原材料進行外觀檢查，確保原材料表面無裂紋、無重皮、表面劃痕凹槽、腐蝕等缺陷，對存在缺陷的管材以及管件按照相關規(guī)范要求進行測量判定是否滿足設計要求，否則不予驗收。

根據(jù)質(zhì)量證明文件核對與到貨實物逐一核對，對于質(zhì)量證明文件不齊或者與質(zhì)量文件不符的產(chǎn)品不得驗收。同時根據(jù)相關規(guī)范文件要求對鉻鉬合金鋼管道、管件進行100%光譜復驗，并出具光譜分析報告。匯同廠家制造許可證、質(zhì)量證明文件等報驗批準后該批材料方可使用。管材使用過程中做好色標以及規(guī)格、材質(zhì)、爐批號等的標識移植，確保色標和標識齊全。

2.3 焊前坡口檢查

鉻鉬合金鋼管道由于其淬硬性強、易產(chǎn)生熱裂紋等特點決定了鉻鉬合金鋼管道不宜采用熱切割，若采用熱切割需將熱影響區(qū)的滲碳層打磨干凈并露出金屬光澤，并對坡口進行100%MT或PT檢測；鉻鉬合金鋼管道宜采用冷加工，例如采用車床、氣動或電動坡口機等。鉻鉬合金鋼管道坡口角度一般控制在35°～40°，如圖1所示。

圖1 鉻鉬合金鋼管道坡口角度

2.4 焊前預熱

鉻鉬合金鋼焊接之前，需進行與焊前預熱(如圖2所示)，其目的是使焊接接頭的冷缺速度降低，有效減少因溫差引起的應力集中，避免了淬硬組織以及冷裂紋的產(chǎn)生。根據(jù)要求組對點焊是同樣需按正式工藝要求進行預熱，一般采用火焰預熱，點焊后需要加熱緩冷，避免裂紋出現(xiàn)，同時鉻鉬合金鋼組對點焊宜采用搭橋點焊，正式焊接時需將點焊接頭打磨清理干凈后方可正式施焊。

圖2 點焊前火焰預熱

焊前預熱一般采取電加熱法，將以坡口為基準，每側需保證25～30mm以確保便于焊工焊接作業(yè)，同時確保預熱寬度不小于壁厚的5倍，且不小于100 mm，加熱區(qū)以外兩側各100 mm范圍應予以保溫。預熱溫度一般宜控制在200～250 ℃，確保坡口兩側溫度均勻上升，避免出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象(如圖3所示)。

圖3 預熱不充分焊點裂紋

2.5 焊接

預熱溫度達到要求后通過測溫槍進行檢測合格后方可施焊。鉻鉬合金鋼管道一般采用手工鎢極氬弧打底，由于打底焊縫焊層比較薄，焊后冷卻中會產(chǎn)生較大的收縮應力，并且鉻鉬合金鋼為一種裂紋敏感性材料，因此底層焊縫容易出現(xiàn)裂紋。考慮到有效保證底層焊縫的質(zhì)量，因此要求打底焊一次連續(xù)焊接完成，一般將焊縫的厚度控制在2～3mm范圍內(nèi)[1]。鉻鉬合金鋼管道在進行打底焊接時，必須進行背面充氬保護，以避免根部焊縫氧化以及產(chǎn)生未融合、未焊透等焊接缺陷。同時由于打底焊縫焊層比較薄，一般在氬弧打底完成后繼續(xù)采用氬弧焊進行熱填充一遍后方可移除充氬設施，同時能夠有效避免因為焊條電弧焊的電流過大導致焊縫塌陷等缺陷產(chǎn)生。鉻鉬合金鋼管道焊接的打底、填充、蓋面一般一次焊接完成，對于突發(fā)情況下出現(xiàn)焊接中斷情況，必須進行后熱緩冷處理，再次焊接前需進行外觀檢查，條件允許的情況下可以考慮進行MT磁粉檢測，以確保沒有裂紋后方可繼續(xù)施焊。收弧在焊接熔池的邊緣處，可多停留一下將弧坑填滿，防止弧坑裂紋產(chǎn)生。對于多層多道焊的焊接過程中，焊工需將每層焊接接頭均勻錯開，避免產(chǎn)生應力集中。由于鉻鉬合金鋼管道焊接過程必須預熱，焊接過程中必須封堵好管口二側避免存在貫堂風，造成焊口內(nèi)外溫度不一致影響焊縫質(zhì)量。

焊接過程中嚴格控制層間溫度，層間溫度宜一般控制在200～300 ℃之間，因過高的層間溫度會使焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的晶粒粗大，反而降低焊接接頭的力學性能。故焊接操作中常采用小擺動、薄焊道、快焊速、多層多道焊工藝，手工電弧焊單層單道厚度不超過焊條直徑，擺動寬度不大于焊條直徑的3倍[2]。焊接工藝參數(shù)嚴格執(zhí)行焊接工藝評定要求。

2.6 焊后熱處理

鉻鉬合金鋼鋼管道具有較高的淬硬傾向，焊縫焊后在空氣中冷卻其熱影響區(qū)往往會形成粗大馬氏體組織，裂紋傾向較高，而且往往這種裂紋具有延遲性。因此焊接完成后應立即進行熱處理，以消除氫氣和焊接殘余應力，改善焊縫及熱影響區(qū)組織。

特殊條件下不能立即進行熱處理時，宜先采取后熱處理措施。焊后后熱溫度一般控制在300～350 ℃，且至少后熱2 h，然后緩冷至100 ℃以下方可拆除保溫措施，重新進行熱處理焊口綁扎以進行正式熱處理，熱處理溫度一般控制在700～760 ℃；熱處理時焊縫兩側各不少于3倍焊縫寬度，且不少于25 mm。加熱區(qū)以外100 mm范圍內(nèi)應予以保溫，且管道端口應封閉以免管內(nèi)外形成溫度差影響熱處理效果，經(jīng)熱處理合格的焊道不得在進行焊接等熱作業(yè)，否則必須重新進行熱處理[3]。

2.7 焊后無損檢測

熱處理完成后首先需將焊道表面焊渣、飛濺清理干凈后進行外觀檢測，根據(jù)目前石化SH3501-2011規(guī)范要求焊縫與母材圓滑過渡，表面應無裂紋、氣孔、夾渣、飛濺、咬邊等缺陷；焊縫表面不得有低于母材表面的局部凹陷，當焊接接頭中薄者厚度小于等于6 mm，焊縫余高應不大于1.5 mm，當焊接接頭中薄者厚度大于6 mm，焊縫余高應不大于2.5 mm。

根據(jù)目前石化SH 3501—2011規(guī)范要求所有經(jīng)焊后熱處理的焊接接頭，應對焊縫和熱影響去進行100%的硬度檢測，熱處理焊縫HB硬度宜控制在≤241HB范圍內(nèi)，熱影響區(qū)的測定區(qū)域應緊鄰熔合線[4]。

同時鉻鉬合金鋼管道的焊道需按照設計要求和相關規(guī)范要求對焊道進行MT磁粉檢測、PMI合金元素光譜分析、RT射線檢測或者超聲檢測。

2.8 焊縫返修

無損檢測過程中發(fā)現(xiàn)檢測結果不滿足規(guī)范要求時需按照正式焊接工藝進行返修處理，硬度不合格焊道需重新熱處理以達到規(guī)范標準[5]；鉻鉬合金鋼管道的內(nèi)部缺陷返修一般不允許超過兩次。

3 結語

鉻鉬合金鋼管道焊接雖然其淬硬傾向高、裂紋敏感性強，但是只要嚴格遵循“技術準備—材料準備—焊前坡口檢查—焊前預熱—焊接—焊后熱處理—焊后無損檢測—焊縫返修”等8個工藝步驟，焊接過程中嚴格執(zhí)行工藝評定，就能有效的保證焊接質(zhì)量。本文對工程中鉻鉬合金鋼管道的焊接施工有借鑒作用，希望引起相關人員的關注并共同切磋、完善相關施工工藝。