25Cr-35Ni-Nb 裂解爐管焊接工藝要點(diǎn)

本研究介紹的裂解爐管用25Cr-35Ni-Nb 材料用于美國美孚德克薩斯州烯烴裂解廠項(xiàng)目， 該項(xiàng)目采用模塊化建造的新興方式對(duì)工廠進(jìn)行前期規(guī)劃和設(shè)計(jì)， 涉及大量熱強(qiáng)鋼、 耐熱鋼的焊接，其中比較核心的模塊涉及離心鑄造25Cr-35Ni-Nb 高溫裂解爐管的焊接。 裂解爐管長期在高溫滲碳及氧化的條件下服役， 具有較高的耐蝕性、抗氧化性等， 服役溫度能達(dá)到1 000 ℃以上。25Cr-35Ni-Nb 材料合金成分含量較高， 焊接性比較復(fù)雜， 本研究通過前期的焊材選擇、 焊工實(shí)操練習(xí)以及現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品的模擬試驗(yàn)

， 最終優(yōu)化了裂解爐管用材料的焊接工藝參數(shù)， 保證了項(xiàng)目的順利完成， 項(xiàng)目完工時(shí)裂解爐管的一次焊接合格率達(dá)到99.9%以上。

1 裂解爐管化學(xué)成分及焊接性分析

1.1 化學(xué)成分

裂解爐管用25Cr-35Ni-Nb 材料屬于離心鑄造的高鎳鉻合金， 由于鋼中加入了鉻、 鎳、鉬等合金元素， 化學(xué)成分比較復(fù)雜， 其中加入的鉻元素主要作用是提高耐蝕性， 鉻的氧化物比較致密， 不易分解， 能有效起到保護(hù)膜的作用； 鎳元素可以提高鋼的耐酸堿腐蝕性， 可以促進(jìn)耐熱鋼氧化膜的穩(wěn)定性， 提高鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性， 對(duì)提高耐熱鋼的高溫抗氧化性有很大作用； 鉬是鋼種的強(qiáng)化元素， 鉬優(yōu)先進(jìn)入固溶體中使其強(qiáng)化， 提高了鋼的熱強(qiáng)性。 本工藝試驗(yàn)使用的高鎳鉻合金25Cr-35Ni-Nb 裂解爐管的化學(xué)成分見表1。

由于該裂解爐管采用離心鑄造法制造， 不僅制造效率高而且鑄管的組織致密。 該材料的微觀組織中， 柱狀晶組織占比為45%～85%，等軸晶組織占比為15%～55%。 其微觀組織如圖1 所示。

具體來講，劉德平教授的“桑葉苦瓜糖果壓片”是通過四步來完成安全、穩(wěn)定地調(diào)節(jié)血糖功能的：第一步：激活胰島?！吧Ｈ~苦瓜糖果壓片”通過激活胰島、激活胰島素受體，提高胰島素有效利用率，使血糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)揮正常作用。第二步：調(diào)節(jié)血糖。胰島素、胰島素受體的激活，恢復(fù)了機(jī)體正常血糖代謝能力，實(shí)現(xiàn)降低血糖的目的。第三步：調(diào)整代謝系統(tǒng)。由于胰島素的激活和有效利用，機(jī)體的蛋白代謝系統(tǒng)、脂代謝系統(tǒng)也逐步由紊亂狀態(tài)調(diào)整到正常狀態(tài)。第四步：穩(wěn)定。隨著糖、蛋白質(zhì)、脂肪三大代謝系統(tǒng)趨于正常，機(jī)體內(nèi)部的各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)逐漸進(jìn)入良性循環(huán)狀態(tài)，糖尿病患者的各種癥狀因此逐步減輕和消失。

【12】湯顯祖《牡丹亭記題詞》，見《牡丹亭記題詞》，見徐朔方箋?！稖@祖全集》，北京古籍出版社1999年版，第1153頁。

1.2 焊接性分析

一般來說， 合金鋼元素含量越多， 熱導(dǎo)率越低， 而線膨脹系數(shù)越大， 電阻率也越高。 由于高合金鋼的這些特殊的物理性能， 焊接過程中會(huì)引起較大的焊接變形， 產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力， 焊接過程中需嚴(yán)格控制熱輸入， 盡量采用小電流多層多道焊

。

25Cr-35Ni-Nb 材料屬于高合金鋼， 尤其是Cr 和Ni 元素的含量較高， 焊接時(shí)在焊縫及近焊縫區(qū)有產(chǎn)生熱裂紋的可能性， 最常見的是焊縫凝固裂紋

。 焊接熱裂紋的產(chǎn)生原因， 一方面與焊接局部加熱和冷卻條件下， 接頭在冷卻過程中產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力有關(guān)； 另一方面與高合金鋼合金成分比較高， 焊接凝固過程中存在雜質(zhì)偏析有關(guān)。 焊接過程中對(duì)雜質(zhì)含量較為敏感， 焊前清理比較嚴(yán)格

。 另外由于存在雜質(zhì)的偏析， 在焊接弧坑位置易產(chǎn)生弧坑裂紋， 如圖2 所示。

2 焊接技術(shù)要求

針對(duì)裂解爐管的焊接特性， 要求其焊接全部使用氬弧焊工藝， 采用不擺動(dòng)或少擺動(dòng)的多道焊方式， 盡量使用較小的焊接熱輸入。 第一層焊接完成后嚴(yán)格檢查焊道質(zhì)量， 不允許有裂紋及其他焊接缺陷； 第二層焊接后需要進(jìn)行PT 檢測(cè)， 檢測(cè)合格后才能進(jìn)行下一道的焊接； 盡量減少裂解爐管的焊接返修， 焊接合格率要求達(dá)到98%以上。

2.1 一般原則性要求

（1） 所有接頭采用氬弧焊方法完成。 氬弧焊設(shè)備極性為DCEN ， 高頻引弧， 電流衰減及氣體延遲保護(hù)， 延遲時(shí)間為4～6 s。

（2） 弧坑要及時(shí)填滿以防止弧坑裂紋產(chǎn)生；多層焊接的電弧終止端要相互錯(cuò)開

。

（3） 嚴(yán)格按獲批準(zhǔn)的WPS 要求控制層間溫度， 以避免因接頭過熱產(chǎn)生熱裂紋， 層間溫度須使用接觸式數(shù)字測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量

。

先天性肥厚性幽門狹窄是幽門環(huán)肌肥厚增生、幽門腔狹窄導(dǎo)致不全梗阻，是新生兒期常見疾病。依據(jù)地理、時(shí)令和種族，有不同的發(fā)病率。歐美國家較高，約為2.5‰～8.8‰，亞洲地區(qū)相對(duì)較低，我國發(fā)病率為3‰，以男性居多，男女之比為4:1～5:1，有些地區(qū)甚至高達(dá)9:1。多見于第一胎，占總病例數(shù)的40%～60%。本病病因目前不清楚，有幾種假說：肌層先天性發(fā)育異常、神經(jīng)發(fā)育異常、遺傳因素、內(nèi)分泌因素、環(huán)境因素、肌肉酶、血型等與發(fā)病有一定關(guān)系。

依據(jù)GB 50023—2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中B類砌體房屋抗震鑒定的相關(guān)條款，對(duì)建筑進(jìn)行第1級(jí)鑒定如下：

（4） 嚴(yán)格控制焊道寬度， 打底焊道寬度不得超過6 mm， 第二層焊道寬度不得超過8 mm， 填充和蓋面的焊道寬度不得超過10 mm。

一定程度的意譯，靈活變通是必要的，但需要仔細(xì)考察變通后的利害關(guān)系，反復(fù)權(quán)衡，倘若超出了限度，便會(huì)曲解原文之意；因此，譯者應(yīng)在堅(jiān)持經(jīng)的基礎(chǔ)上，適度行權(quán)。遇到不能兩全情況之時(shí)，則需權(quán)衡輕重，靈活應(yīng)變。正如《墨子·經(jīng)上》所言：“兩利相權(quán)取其重，兩害相權(quán)取其輕。”權(quán)，是一種辯證的認(rèn)識(shí)方法，這便需要處理應(yīng)變事物的能力，即權(quán)變思維。

2.2 焊接流程

2.2.1 坡口準(zhǔn)備和組對(duì)

2.2.4 焊接參數(shù)

（1） Fe-Ni 基耐蝕合金表面由于氧化皮熔點(diǎn)較高， 加上一些其他元素， 如Pb、 S 和As等， 基本都可以與Ni 形成有害元素， 從而讓焊接物的合金熱裂傾向增加。 因此焊前需要仔細(xì)清除坡口及內(nèi)外表面的各種污染物質(zhì)， 坡口內(nèi)外25 mm 范圍內(nèi)需打磨并用干布去除油、漆和污垢直到露出優(yōu)質(zhì)金屬表面。

（2） 組對(duì)前必須進(jìn)行PT 檢驗(yàn)以保證待焊接區(qū)域 （坡口外表面25 mm 范圍） 無微觀裂紋，PT 檢驗(yàn)時(shí)注意管內(nèi)壁保護(hù)， 防止污染。

Irritation of pseudo-preservatives and the methods for reducing irritation 3 30

（3） 組對(duì)時(shí)， 使用管線夾通過螺絲扣調(diào)整根部間隙時(shí)， 管線夾必須采用不銹鋼材料以防止污染母材。

（3） 如打底焊道咬邊和過高凸起而不能接受時(shí)， 須在焊接熱焊道前進(jìn)行打磨處理及重新焊接。

打底焊接前， 純度99.997%的氬氣充滿管線內(nèi)部， 保證背部充氣中的氧氣含量小于0.2%。背部供氣需保持直到焊接完成6.5 mm 厚填充金屬（至少3 層）。

(4)一軸兩極三片的空間格局基本成型。從中心度及結(jié)構(gòu)洞分析來看，三峽地區(qū)旅游經(jīng)過近20年發(fā)展，形成以解放碑(朝天門)、白帝城、小三峽、三峽大壩、神農(nóng)溪、三峽人家、恩施大峽谷、武漢東湖等共12個(gè)景區(qū)為核心的旅游節(jié)點(diǎn)，其中以重慶解放碑、小三峽、三峽大壩、白帝城為最重要核心節(jié)點(diǎn)。據(jù)此，本文認(rèn)為三峽旅游在空間形態(tài)上基本呈現(xiàn)一軸兩極三片的空間格局，即長江軸線、成渝都市圈發(fā)展極、武漢都市圈發(fā)展極、奉節(jié)-巫山-宜昌發(fā)展片區(qū)、奉節(jié)—恩施—宜昌發(fā)展片區(qū)、萬州-涪陵中線發(fā)展片區(qū)。

2.2.3 點(diǎn)焊

點(diǎn)焊采用橋接塊， 焊點(diǎn)不可點(diǎn)在母材表面，而是焊在坡口表面且不是打底位置。 點(diǎn)焊位置如圖3 所示。

此次代表貴州茅臺(tái)出戰(zhàn)的醬香系列酒，一出手即在“國評(píng)”中大獲全勝，再一次向世人證明——茅臺(tái)出品，必屬精品。

（1） 通常填充焊道焊接至焊縫金屬低于接頭表面0.5 mm 為宜， 以利于蓋面焊接。 蓋面焊接過程中， 電弧鋸齒狀均勻擺動(dòng)， 焊縫表面余高應(yīng)≤3 mm。

2.2.5 打底焊接

2.2.7 填充和蓋面焊

（2） 為保證焊接質(zhì)量， 繼續(xù)焊接前弧坑須打磨削薄以利于停止點(diǎn)的焊接而不會(huì)留下由RT 檢查出的小缺陷。

2.2.2 背部充氣

（4） 打底焊焊接順序如圖4 所示。 點(diǎn)焊位置為圖4 中T1、 T2、 T3 和T4。 總是采用立向上焊接， 焊接順序： 焊①→移除T1→焊②→移除T2→焊③→移除T3 和T4 →焊④→完成焊接。

2.2.6 第二層焊道

打底焊完成后熔渣和外部材料必須清理干凈， 氧化渣須通過不銹鋼絲刷移除， 第二層后需進(jìn)行PT 檢測(cè)， 避免因根部缺陷導(dǎo)致的焊接返修。

（5） 焊接時(shí)端頭氧化的、 未使用的焊材禁止熔入焊道， 須割除端頭氧化層； 砂輪片須標(biāo)注僅用于25Cr-35Ni-Nb 材料； 鋼絲刷采用不銹鋼材料

。

（1） 打底焊接過程中， 通過根部間隙觀察打底焊道是否存在氧化、 未焊透及凸起過高， 這些缺陷都需要移除并重新焊接， 這種檢查要重復(fù)進(jìn)行直到根部間隙封閉。

25Cr-35Ni-Nb 裂解爐管的焊接工藝參數(shù)要求見表2。

自20世紀(jì)50年代仿真技術(shù)發(fā)展以來，軍事訓(xùn)練仿真技術(shù)的應(yīng)用已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模和水平。訓(xùn)練模擬設(shè)備和軍事模擬系統(tǒng)直接或間接地促進(jìn)了戰(zhàn)斗力的產(chǎn)生。然而，隨著高科技武器裝備在現(xiàn)代軍事作戰(zhàn)應(yīng)用的比例不斷增加，完全依靠簡單傳統(tǒng)模擬器的訓(xùn)練方法已無法滿足高科技武器裝備系統(tǒng)關(guān)系復(fù)雜、規(guī)模龐大的訓(xùn)練需求。而隨著裝備技術(shù)研究的進(jìn)步，嵌入式仿真訓(xùn)練的方法可以為以上問題提供新的解決思路。

（2） 在任何情況下， 開始焊接前， 現(xiàn)存的起始和結(jié)束點(diǎn)須打磨處理以便新焊道平滑過渡。

（3） 每焊完一層焊道， 應(yīng)徹底打磨， 并經(jīng)質(zhì)量檢查合格后方可進(jìn)行下一層的焊接。 多層焊的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開， 嚴(yán)格控制層間溫度， 層間溫度不得超過100 ℃

。

配制化學(xué)鍍鎳溶液：六水合硫酸鎳30.00 g/L(換算成鎳的質(zhì)量濃度為6.701 g/L)，檸檬酸10 g/L，乳酸10 mL/L，次磷酸鈉36 g/L。吸取11份1 mL的化學(xué)鍍鎳溶液，分別置于300 mL燒杯中，加水80 mL稀釋，各加10%的二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶液0.8 mL，然后用稀鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)成不同的pH，再向各燒杯中補(bǔ)加水至100 mL。沉淀60 min后用定量濾紙過濾，以原子吸收分光光度法測(cè)定各濾液中鎳的質(zhì)量濃度，結(jié)果列于表1。

（4） 完成蓋面后采取緩冷措施。 在最終焊接完成5 min 內(nèi)， 用保溫棉包裹焊縫并用鐵絲綁住使焊縫緩慢冷卻。

3 焊接檢驗(yàn)

3.1 焊后檢驗(yàn)

外觀檢驗(yàn)要求： 焊縫成型良好， 焊縫與母材圓滑過渡， 無裂紋、 氣孔、 夾渣和飛濺； 焊縫表面不大于1.6 mm， 焊縫寬度均勻， 不允許有咬邊。 其他要求滿足ASME B31.3 和業(yè)主規(guī)格書的相關(guān)要求。

焊工經(jīng)培訓(xùn)后嚴(yán)格按照要求進(jìn)行焊接， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品所有接頭焊接完畢后都滿足外觀檢驗(yàn)的要求。

3.2 無損檢測(cè)

接頭在焊接完畢后進(jìn)行焊縫金屬和熱影響區(qū)100%PT 和RT 檢查。 RT 靈敏度要求為2～2t （t 為板厚）， 接收標(biāo)準(zhǔn)增加了： ①任何線性缺陷和咬邊是不可接受的； ②任何4 個(gè)及以上非線性缺陷之間的距離小于1.6 mm 都是不可接受的； ③單個(gè)非線性缺陷直徑大于1.6 mm 是不可接受的。

通過焊工培訓(xùn)和優(yōu)化焊接參數(shù)， 最終該項(xiàng)目1 280 道焊縫中只出現(xiàn)1 道焊縫不符合無損檢測(cè)要求， 該道焊縫出現(xiàn)了超過1.6 mm 未熔合缺陷，后續(xù)通過1 次焊接返修， 無損檢測(cè)合格。

4 結(jié) 論

（1） 結(jié)合裂解爐管用25Cr-35Ni-Nb 材料的焊接性分析以及前期的焊接性試驗(yàn)， 總結(jié)了項(xiàng)目中裂解爐管用鋼25Cr-35Ni-Nb 的焊接工藝要點(diǎn)， 如多層多道焊、 小擺動(dòng)寬度、 小線能量、 根部焊道的PT 檢測(cè)等。

（2） 選擇合適的焊接工藝參數(shù)用于25Cr-35Ni-Nb 裂解爐管的焊接， 最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目1 280 道焊縫僅出現(xiàn)1 道焊縫返修， 一次焊接合格率達(dá)到99.9%以上。

[1] ASME International （ASME）.Welding，brazing and fusing qualifications：ASME BPVC IX—2019[S]. Washington，USA:ASME，2019.

[2] US-AWS. Recommended practice for welding of Cr-Mo steel piping and tubing:AWS D10.8[S]. Miami，USA:AWS，1996.

[3] Amarican petroleum institute. Welding guidelines for the chemical，oil，and gas industries:API RP 582—2016[S].Washington，USA:API，2001.

[4] 張善勇，賀慶，王艷杰，等. 鎳鉻合金裂解爐管的現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)[J]. 甘肅科技，2008，24（8）：55-59.

[5] 申大偉. 乙烯裂解爐輻射爐管KHR45A 材料的焊接工藝[J]. 焊接技術(shù)，2004. 33（1）: 54-56.

[6] 周振豐. 焊接冶金學(xué)與金屬焊接性 （修訂本）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[7] 錢昌黔. 耐熱鋼焊接[M]. 北京：水利水電出版社，1988.

[8] 王文瀚. 焊接技術(shù)手冊(cè)[M]. 鄭州： 河南科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[9] 尹士科. 焊接材料手冊(cè)[M]. 北京： 工業(yè)出版社，2000.

[10] 范長信，張紅軍，周榮燦，等. 超超臨界機(jī)組鍋爐用新型耐熱鋼的焊接[J]. 電力設(shè)備，2006（4）：11-14.