Cr5MoCr9Mo耐热钢炉管的焊接6页word

Cr5MoCr9Mo耐热钢炉管的焊接

前言

在我公司承建的神华煤制油化工鄂尔多斯煤制油分公司15万吨/年催化重整装置中，四合一加热炉辐射室炉管为铬钼耐热钢，需现场焊接。其中材质为ASTM A335 P5（Cr5Mo），规格为φ355.6×19.05，焊口8道；材质为ASTM A213 T9（Cr9Mo），规格为φ73.0×7.01，焊口56道。两种材质均属于中合金耐热钢，具有高温耐热性和高温耐氧化性，但焊接性较差。由于工期紧张，耐热钢炉管的焊接工作只能在冬季完成，这给焊接工作带来了很大的困难，根据公司焊接工艺评定结合现场实际情况，制订了合理的焊接工艺措施，确保了耐热钢炉管焊接任务的顺利完成。

Cr5Mo、 Cr9Mo焊接性分析

1.1 炉管材质化学成分见表1

1.2Cr5Mo、 Cr9Mo属于中合金耐热钢。在常规的碳含量下，中合金耐热钢的组织均为马氏体组织[1]。由于钢中碳和合金元素的共同作用，在焊接时极易形成淬硬组织，可焊接性差，主要可以出现的问题是焊接时易产生冷裂纹、再热裂纹和回火脆性[2]。该类钢具有空淬倾向，焊接质量差，焊后易形成硬度很高的马氏体和少量的贝氏体[3]，为防止焊接接头的硬度和产生裂纹，所以要求焊前预热及焊后热处理。

2 焊接工艺

2.1 焊接方法

采用钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充盖面。

2.2 焊接材料的选择

为保证焊接接头具有与母材相当的高温蠕变强度和抗氧化性，选择与母材合金成分基本相同的中合金钢焊材。焊材选择见表2

2.3坡口加工及组对

（1）炉管坡口采用机械或火焰加工，火焰加工的坡口在切割完以后需把坡口表面的氧化层清除掉，然后对坡口切割面进行100%着色检查，坡口表面不得有裂纹、夹层、气孔等缺陷[4]。组对前，用钢丝刷或砂轮机清理坡口及其20mm范围内的母材表面，使其不得有油漆、毛刺、氧化皮和铁锈及其它对焊接有害的物质。

（2）炉管组对时，炉管与炉管、炉管与管件的对焊接头内壁应做到平齐，内壁错边量当外径小于102mm时小于0.5mm，当外径大于102mm时小于1mm。焊在180°急急转弯头上的两根炉管的两端应齐平，长短相差不应大于2 mm[5]。

（3）组对、定位焊时按下面两种方法进行。第一种是采用与母材材质一致的卡具点焊在距坡口两侧一段距离处，待打底焊适当时用磨光机将其拆除，在焊后对点焊处母材进行渗透检测确保无裂纹；如有缺陷对其打磨及补焊，与焊缝一同进行焊后热处理。第二种是采用“虚点法”如图1所示，炉管组对好后用活动卡具将坡口两端固定，用相对应的焊条在坡口上沿点焊，将坡口两侧与填充物连接，填充物选用相对应的焊丝，待打底焊适当时用磨光机将“虚点”处彻底磨除，并认真确认无影响焊接质量的缺陷。为防止点焊处产生裂纹，以上两种方法在点焊前需采用火焰将点焊部位加热到250℃左右。上述两种方法解决了实际生产中，W(Cr)＞3％的耐热钢打底焊时在定位焊接头部位容易出现内凹的现象。

2.4焊前预热

250～350℃的焊前预热可有效地防止接头的冷裂纹和高硬度区的形

成[1]。预热方法采用电加热法，预热升温应缓慢而均匀，防止局部过热。预热范围以对口中心线为基础，两侧各不小于三倍壁厚，且不小于100mm，加热区以外的100mm范围内予以保温。

2.5焊接过程及焊接工艺参数

（1）Cr5Mo、 Cr9Mo打底焊时由于合金含量较高，熔池流动性差导致根部不宜焊透，且打底层容易在高温下被氧化产生“发渣”。因此，采用钨极氩弧焊时必须背面充氩保护，保证焊缝质量。可采用局部充氩见图3，充氩开始时流量适当加大，待管内空气排干净后方可施焊施焊时，流量控制在10～12 L/min。收口时为防止内压力过大造成收口焊道内凹，应将流量调低至3～5 L/min。

（2）为防止产生焊接裂纹，焊接时应采用小的热输入，采用多层多道焊和窄焊道、不摆动或小幅度摆动、小电流和短电弧连续焊。

（3）焊缝焊完后应立即进行30min、300～350℃的后热处理，保温缓冷。如焊接中途停止应立即进行后热处理，焊前需从新预热。

（4）Cr5Mo、 Cr9Mo的焊接工艺参数见表3

2.6焊后热处理

（1）射线检测合格后进行热处理，为保证热处理质量对焊缝、热影响区及母材进行硬度抽检，HB≤241合格[5]。为确认无再热裂纹，应对热处理后的焊口进行超声检测及渗透检测或磁粉检测，无裂纹为合格。

（2）通过焊后热处理可以细化晶粒、均匀组织、消除焊接残余应力，

降低硬度、提高接头的综合力学性能。Cr5Mo、 Cr9Mo焊后接头焊缝、热影响区的组织均为马氏体组织，硬度均超过允许的最高硬度，其硬度取决于焊接和焊后热处理的温度参数和冷却条件[1]。冬季施工中，可适当降低冷却速度，以确保硬度值符合要求，制定的焊后热处理工艺见表4 表4焊后热处理参数

300℃以下缓冷至室温

（3）热处理采用电加热法，用温控柜自动控制。恒温时加热范围内任意两点的温差要不得高于50℃。测温采用热电偶，测温点在加热区域内且不少于两点，用自动记录仪记录热处理曲线。热处理过程中用红外线测温计检查热电偶在使用过程中是否正常。热处理的加热范围，为以焊缝中心为基准，两侧不小于100mm的区域，加热区以内的100mm范围应予以保温。热处理前将管道两端封死，防止管内空气流动。

2.7 焊接检查

（1）外观检查

1）焊缝外形尺寸应符合设计文件的要求，焊缝与母材应圆滑过渡；

2）焊缝和热影响区表面不应有裂纹、气孔、弧坑和肉眼可见的夹渣等缺陷；

3）焊缝表面的咬边深度不得大于0.5mm，连续咬边长度不得大于100mm,焊缝两侧咬边总长度不得超过该焊缝总长度的10%，否则进行修磨或补焊，补焊处应修磨，使之平滑过渡。经修磨部位的炉管壁厚不应小于设计要求的厚度[4]。

（2）无损检测

1）为发现焊接冷裂纹，炉管焊接完24小时后进行100%射线检测[6]；

2）热处理后对进行硬度检测检查焊缝、热影响区、及附近母材抽查表面布氏硬度，抽查数量不少于热处理焊口的10%，HB≤241为合格；

3）为检测热处理可能产生的再热裂纹，对焊口进行100%的磁粉和超声检测。

经无损检测发现的不合格焊缝返修后，按原要求重新进行无损检测。

3 结束语：

针对现场实际情况，做出了相应防护措施，取得了满意的效果。本次铬钼钢炉管焊接射线检测总计拍片208张,一次合格片205张,返修3张,一次合格率98.6％。返修的主要原因是根部未焊透,所有焊口用射线无损检测未发现一道裂纹。热处理后做100％硬度检查,焊缝硬度HB集中在186～218范围,低于标准的HB＜241。对热处理后的焊口进行100％磁粉及超声缉检测，未发现再热裂纹存在，热处理取得了良好的效果。

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1、要接受自己行动所带来的责任而非自己成就所带来的荣耀。

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