10CrMoAl管道焊接工藝研究與應(yīng)用

于祥寬，于海鵬

中國電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司 山東濟(jì)南 250102

1 序言

10CrMoAl鋼具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性能，其成分中的Al可與空氣中的O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Al2O3保護(hù)膜，起到耐腐蝕作用；10CrMoAl中的鉻、鉬離子在海水中能自動補(bǔ)充氯離子對鋼材點(diǎn)腐蝕形成的空隙，形成致密保護(hù)層，阻止點(diǎn)腐蝕向縱深發(fā)展，進(jìn)一步增加耐腐蝕性能。經(jīng)濟(jì)性上，10CrMoAl鋼管價(jià)格僅為304不銹鋼管價(jià)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(zhì)的最理想管道材料。南山印尼賓坦島熱電項(xiàng)目位于印尼廖內(nèi)群島，三面環(huán)海，電廠循環(huán)水管道因特殊工作環(huán)境和技術(shù)需要，設(shè)計(jì)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(xiàn)場焊接質(zhì)量。

2 化學(xué)成分及焊接性分析

2.1 化學(xué)成分分析

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

表1 10CrMoAl鋼管化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 10CrMoAl鋼管力學(xué)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(qiáng)度結(jié)構(gòu)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(chǎn)生裂紋。對于低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)碳當(dāng)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(jìn)行焊前預(yù)熱以及嚴(yán)格控制焊接熱輸入的措施；當(dāng)0.4%＜Ceq＜0.5%時，此時淬硬傾向不明顯，焊接性尚可；當(dāng)碳當(dāng)量Ceq＞0.5%時，淬硬傾向明顯，冷裂紋產(chǎn)生可能性也隨之增加，這時需要采取一系列控制措施，如預(yù)熱、控制焊接熱輸入、焊后熱處理等。因此管道焊接前，應(yīng)對其焊接性進(jìn)行仔細(xì)分析，制定合理的焊接工藝，施工過程采取嚴(yán)格的技術(shù)把控。

計(jì)算碳當(dāng)量的公式為Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.464%，根據(jù)計(jì)算結(jié)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(yù)熱和焊后熱處理[1]。

2.3 焊接工藝評定

根據(jù)規(guī)定，技術(shù)人員需遵循公司相關(guān)焊接工藝評定內(nèi)容來制定現(xiàn)場焊接工藝指導(dǎo)書，現(xiàn)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(guī)格為φ219mm×8mm的同材質(zhì)鋼進(jìn)行焊接工藝評定，可以覆蓋現(xiàn)場施工中的管道焊接。焊接工藝評定內(nèi)容包括：所有焊接參數(shù)、外觀檢測、無損檢測、拉伸試驗(yàn)以及彎曲試驗(yàn)[2]。

依據(jù)工藝評定內(nèi)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(yōu)良，能有效防止焊接接頭產(chǎn)生裂紋、未熔合等缺陷，從而取得優(yōu)良的焊接接頭。H03焊條熔敷金屬化學(xué)成分與力學(xué)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(yīng)用機(jī)械方法進(jìn)行根層層間清理，具體焊接參數(shù)見表5。

表3 H03焊條化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

表4 H03焊條熔敷金屬力學(xué)性能

表5 10CrMoAl鋼焊接參數(shù)

3 現(xiàn)場焊接工藝

3.1 焊前準(zhǔn)備

（1）坡口制備 管道切割必須采用機(jī)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(jìn)行核查，并用丙酮清潔坡口及其附近區(qū)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(yīng)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(diǎn)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(yán)格控制電流大小。隨時使用強(qiáng)光手電筒，通過沒有焊接的間隙觀察內(nèi)部打底情況，觀察焊縫背面有無焊瘤、未焊透等缺陷，發(fā)現(xiàn)后及時處理。打底結(jié)束后，清理背面藥皮，進(jìn)行質(zhì)量檢測，確認(rèn)合格后進(jìn)行填充焊接。

（2）填充焊接 10CrMoAl管道應(yīng)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(jīng)質(zhì)量檢測合格后方可進(jìn)行下一道焊接。多層焊的層間接頭應(yīng)錯開，并嚴(yán)格控制層間溫度，層間溫度應(yīng)控制在100～150℃。焊接過程中應(yīng)注意焊縫清潔保護(hù)，焊接作業(yè)點(diǎn)四周搭設(shè)篷布，防止因雨水和其他雜物掉落焊縫而影響焊接質(zhì)量。

（3）蓋面焊接 蓋面前檢查好填充層焊縫質(zhì)量及層間溫度，以兩側(cè)坡口邊緣線為基準(zhǔn)線，焊縫熔池向母材側(cè)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(zhì)量（見圖2）。

圖2 蓋面焊

（4）焊縫表面自檢 焊接完畢后焊工進(jìn)行嚴(yán)格自檢，填寫自檢記錄，并在焊縫附近標(biāo)記上本人焊工號、焊接日期。若發(fā)現(xiàn)焊縫表面缺陷，如有焊瘤、氣孔、咬邊及凹坑等缺陷，應(yīng)采用機(jī)械方法清除，必要時進(jìn)行補(bǔ)焊。

4 結(jié)束語

自檢合格的焊縫經(jīng)射線檢測和超聲波檢測后，合格率達(dá)到99%，不合格的焊縫通過機(jī)械方法將缺陷清除后，使用與正式焊接相同的工藝進(jìn)行補(bǔ)焊。

綜合上述檢測結(jié)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(yīng)用于印尼賓坦島熱電項(xiàng)目首期工程中，為其他項(xiàng)目類似管道焊接施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。