耐热钢A335-P22材质在施工现场的焊接

耐热钢A335-P22材质在施工现场的焊接摘要 A335-P22（化学成分为－1Mo）是ASME规范的表示方法，在国内表示为12Cr2Mo，属于高温铁素体合金耐热钢。

特点是工艺性能良好，对热处理的加热温度不太敏感，焊接性能也较好，具有良好的塑性，具有抗高温、难腐蚀。

最大的缺点在焊接工艺中具有淬硬性和再热裂纹倾向。

目前，广泛应用于电力、石化行业的超高压蒸汽管道生产工艺中。

以天津石化100万吨/年乙烯装置超高压管道为例，对A335-P22材质的合金耐热钢焊接工艺进行分析，以指导现场焊接施工。

关键词耐热钢管道焊接性能焊接工艺
1工程概况
天津石化100万吨/年乙烯工程100万吨/年乙烯装置，为全国首套大乙烯工程，具有工程量大、施工工期短、施工难度大、技术，质量要求严格等特点。

其超高压蒸汽管道采用A335-P22无缝钢管，设计温度538℃，操作温度520℃，设计压力1 ，操作压力11MPa。

超高压蒸汽管道主管线贯穿街区主管廊，分散于热区、压缩区、急冷区、冷区，裂解炉区，共计管道延长米公里，共计焊口3300多道。

管道规格：Φ*～Φ610*。

焊接工作主要为A335-P22同材质焊接。

耐热钢焊接作业时间、热处理周期长。

高压管道坡口加工、焊接和安装是整个乙烯装置的重点和难点。

2焊接准备工作
材料检验
A335-P22无缝钢管在注明标示外，外观与普通的碳钢无缝钢管是一样的，所以在材料的验收、入库、保管、发放，必须严格执行国家的、行业的相关标准、规范及公司的相关规定，认真核对材料的质量证明文件。

材料验收、核对材料证明文件需参照表1和表2数值。

必须做到材料实物与材料证明相符合，并做上合格标记。

根据SH3501的要
求，对合金钢管道组成件主体的关键合金部分应采用光谱分析等进行复查。

表1 A335-P22无缝钢管的化学成分
表2 A335-P22无缝钢管的力学性能
焊接材料
焊接材料的选择应根据所焊管材的化学成分、力学性能及使用和施焊条件进行综合考虑的，所以焊接材料的合理选用必须慎重。

应符合以下规定：
选用的焊材与所焊接的管材化学成分相当；
熔敷金属的抗拉强度不得低于管材标准抗拉强度的下限，
依据《石油化工铬钼耐热钢焊接规程》（SH/T3520），《A335 P22焊接工艺评定》焊材见表3：
表3 焊接材料的选用
由于铬钼耐热钢有较高的Cr、Mo，其金相组织为贝氏体＋铁素体组织，在焊接过程中淬硬性大，易产生冷裂纹、热裂纹、再热裂纹等焊接缺陷。

所以对焊接材料的选用和管理显得更为重要，焊接材料匹配，，焊接过程控制严格是保证焊接工程质量，获得优质焊接接头的关键因素。

焊接技术方案编制和焊接人员认定
依据焊接工艺评定，结合现场实际情况，编制焊接施工技术方案并经公司总工程师批准，报至施工监理单位及建设单位审批。

由于合金耐热钢施工焊接具有特殊性，要求参加铬钼耐热钢焊接的焊工必须按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》规定进行考试。

并取得建设单位项目质量站组织的考试，考试合格后的焊工方能承担相应项目的焊接施工。

3焊接过程
焊接材料的保管、发放
焊接材料的保管必须严格依据施工规范、标准，按照施工技术方案的要求，执行焊材的保管、发放制度。

应注意：A335-P22焊接前要预热处理和焊后进行热处理的时间不短，领用焊条要掌握时间，不可将领用的焊条搁置时间太长。

烘焙好的焊条领出超过4小时未用或未用完应按规定的要求重新烘焙，重复烘焙的次数不得超过两次。

坡口加工及组对
坡口的加工形式及尺寸严格依据施工规范，按照施工技术方案的要求进行施工。

要遵循保证焊接质量、填充金属少、熔合比小、便于操作等原则进行。

由于A335-P22耐热钢有较强的淬硬倾向，故坡口的加工宜采用机械加工方法。

若因管径较小或者壁厚较薄，则可采用火焰切割加工，应清除熔渣、氧化铁等，必须将坡口表面及边缘20mm内的淬硬层打磨干净。

还要按照JB4730进行磁粉检测或渗透检测。

管道坡口加工按照壁厚分为两种形式，即当管道壁厚δ≤30mm时，采用V型坡口(见图2)，管道壁厚δ＞30mm时，采用VY型坡口（见图3）。

均采用机械加工坡口（见图1）。

图1
坡口加工时在管内壁车削掉厚0.1mm 、长度70mm 的金属，以利于坡口组对，需要内部切削端面使用砂轮机打磨处理，形成平滑过渡，避免应力集中。

图2 图3
b=2～3mm, p=1～2mm,α=45～50° b=2～3mm H=T +(1～3)mm
图4 角焊缝坡口形式
管道组对不得强力组对，以免产生、增加焊接应力及焊接裂纹。

在耐热钢组对采用工卡具时，工卡具的材质应与管材相同或相近，组对工卡具不得用锤击或扭掰的方法去除，应采用火焰切割或砂轮机割除，割除后应进行修磨，做渗透检测。

焊前预热
由于A335-P22耐热钢有较大淬硬倾向和裂纹倾向，为了减小焊接应力，降低焊接接头的温度梯度，防止出现焊缝裂纹等焊接缺陷，必须进行焊前预热。

在施工现场，预热一般采用电加热方式，预热温度控制在200～300℃，特殊情况也
δ＞30
b
α
p
H
可采用火焰加热，如：管径较小(管径≤DN80)或壁厚较薄（δ≤10mm）管道、定位焊。

但要注意的是火焰加热要缓慢均匀，防止局部过热现象。

预热范围以焊接接头中心线为基准，两侧不小于100mm，加热区以外的100mm区域应保温（见图5）。

图5
层间温度控制
施焊过程中随时对层间温度进行检测，严格控制层间温度不低于要求的预热温度，达不到要求时应重新进行预热后方可继续施焊。

对于采用电加热法进行预热的焊缝，施焊过程中按图5所示的加热设施不拆除，进行保温，而保温的目的：一是使焊件整个截面热透，即里外温度均匀；二是保证组织转变完全。

层间温度不符合要求时可通电加热，或者采用氧-乙炔焰加热并作好层间温度记录。

焊接工艺
A335-P22耐热钢的焊接，采用多层多道的焊接方法，打底采用钨极氩弧焊，焊条电弧焊盖面的焊接工艺。

在焊件达到预热温度后，要保持15分钟再开始打底焊接，以保证在厚度方向上温度均匀，并一次连续焊完。

为保证焊接层间温度防止焊接裂纹的产生，打底焊接完后，立即进行下一层的焊接，并连续焊完。

每层焊接接头处应错开。

焊接过程中如因特殊情况中断，应进行后热处理（温度200～350℃，时间15～30min），保温缓冷。

再次焊接前应进行检查，确认无裂纹等焊接缺陷后按原工艺要求继续施焊。

在天津石化100万吨/年乙烯装置超高压蒸汽管道壁厚较大，管道规格自大到小为：Φ610*、Φ508* mm、Φ457*、Φ406*、Φ355*、Φ273*、Φ219*、Φ168*、Φ114*、Φ89*、Φ60*、Φ33*。

焊接工艺流程考虑到射线检测的难度及减轻焊接返修的难度而按照壁厚的
不同将焊接流程分为两个部分，即：壁厚≤40mm焊缝的施焊（见流程1），壁厚＞40mm 焊缝的施焊（见流程2）：
流程1
流程2
管道壁厚不同，焊接工艺参数也有所不同。

按照实际管径、壁厚情况，将焊接工艺参数进行归类，具体情况见表4：
表4 焊接工艺参数
在焊接过程中，将管道两头有效封堵，严防“穿堂风”。

如果通风，会造成气流紊乱，影响氩气保护效果，将会把氩气带走．很容易造成根部气孔，而且不容易发现。

焊后热处理
为了消除焊接接头的残余应力，减少淬硬性，改善组织，加速氢的逸出，防止出现焊接裂纹，提高接头的综合力学性能，焊接完毕后应及时进行焊后热处理。

焊后热处理采用局部电加热的方法。

加热范围以焊缝中心为基准，两侧各不小于焊缝宽度的3倍且不小于25㎜，加热区以外的100㎜范围内应予以保温（见图6），且管道端口应采取封堵措施。

在热处理过程中，要准确的控制加热温度，请保持温度的均匀。

测温热电偶的布置要分布均匀，当管道的公称直径小于或等于300㎜时，每个焊接接头应安置1个热电偶测温计；当管道的公称直径大于300 ㎜时，每个焊接接头应对称安置2个热电偶测温计。

采用自动温度记录仪控制热处理过程，记录热处理曲线，以便形成工程交工资料。

具体的焊后热处理参数见表5。

图6
表5 焊后热处理参数
管道焊接接头的热处理质量通常采用硬度检测的进行检验。

焊接接头热处理完后，100%进行硬度检测。

检测每个焊接接头的焊缝、热影响区、母材的表面布氏硬度，规定为不超过母材布氏硬度（HB）+100，且不大于300 HB。

否则要求重新热处理。

4焊缝质量检验
A335-P22耐热钢的焊缝质量检验，因施工现场对焊缝的预热、层间温度控制、焊后及时热处理等工序有连续性，为防止其材料在焊接后产生延迟裂纹，故采用完成焊后热处理后再进行焊缝的无损检测。

根据现场实际情况考虑，A335-P22管道，壁厚≤30㎜的焊缝一次焊完并进行100%射线检测，30㎜＜壁厚≤40㎜的焊缝一次焊完后进行100%超声波检测，壁厚＞40㎜的焊缝在打底完毕并填充至约20 mm的焊缝厚度后进行射线检测，合格后将剩余厚度焊完，并进行100%超声波检测；
射线检测标准执行Ⅱ级合格，超声波检测标准执行Ⅰ级合格。

5结束语
A335-P22材质广泛应用于石化、电力行业的工艺流程中，是常见的工业材料。

由于耐热合金钢本身的特点，其焊接性也就较为特殊。

尤其是大口径厚壁管道在焊接过程中易出现焊接裂纹等缺陷，焊接难度大，但只要结合切实可行的焊接工艺措施，严格按照焊接工艺执行焊前预热、焊接、焊后热处理，就能得到优质的焊接接头，保证焊接工程质量。

为今后大口径厚壁耐热合金管道的焊接施工起到一定的辅助作用。

参考文献
1.《焊接工程师手册》机械工业出版社，陈祝年，2002年；
2.《石油化工铬钼耐热钢焊接规程》SH/T3520-2004；
3.《石油化工钢制管道工程施工技术规程》SH/T3517-2001；
4. 中国石化集团第四建设公司《焊接工艺评定汇编》FCC/;。