厚壁A335_P11超高压蒸汽管道的焊接工艺

( %)
Mo/ 15 + V/ 10 + 5B[2 ]
C
Si Mn
P
S
Cr
Mo
0105～ 0115
015～ 013～ 1 016
≤01025
≤01025
110～ 115
0144～ 0165
计算出的 A335 - P11 的 Pcm为 0124 %。 由以上数据可知 , A335 - P11 钢的焊接性比较 差 ,需要制定严格的焊接工艺来保证焊接质量 。
测试区域 热处理状态
硬度 ( HV)
焊道 热处理后 216 224 218 205 209 热影响区 热处理后 242 218 227 232 212
母材 热处理后 169 173 170 165 163
图 3 母材金相组织 200 × (为铁素体和珠光体 ,并有少量粒状贝氏体及细小碳化物)
工艺评定结果表明 ,采用上述焊接工艺的 A335 - P11 管接头的性能符合设计要求 。
·29 ·
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CPVT 厚壁 A335 - P11 超高压蒸汽管道的焊接工艺 Vol22. No1 2005
耐热钢管道焊接受环境影响较大 。当风速过 大 ,尤其是管内的穿堂风过大易使焊接接头淬硬 ,含 氢量也会增加 。所以要求施焊时将两侧管口堵死 。 空气相对湿度小于 90 % , 手工电弧焊时风速小于 8 m/ s ,氩弧焊时风速小于 2 m/ s 。 414 焊接工艺控制
型号
表 5 E8018 - B2 的化学成分
( %)
C Mn Si S P Cr Mo Sn Sb
E8018 - B2 0107 0174 0150 01009 01009 1130 0152 01003 01001
表 6 E8018 - B2 熔敷金属的力学性能
拉伸试验
冲击试验
型号
σb
σ012
4 工程焊接措施
由于 A335 - P11 耐热钢的焊接性较差 , 容易产 生冷裂纹 ,因此在实际的工程焊接施工中必须采取 相应的工艺措施 ,以保证管道的焊接质量 。 411 控制焊缝含氢量
焊条使用前应严格烘焙 ,其规范为 300～350 ℃ ×1 h 。存放温度为 80～120 ℃。烘焙时不允许急冷
急热 ,以防止焊条药皮开裂 。焊前严格清理管道坡 口两侧的锈迹 、油污 。
图 4 热影响区金相组织 200 × ( 为粒状贝氏体和部分铁素体及细小碳化物和部分珠光体)
图 5 焊缝金相组织 200 × (为珠光体和铁素体及粒状贝氏体 , 并有部分细小碳化物颗粒 , 部分 粗块及粗片状铁素体沿晶界呈网状分布)
试验序号 试样规格 (mm) 弯曲方式 D = 4 a 试验结果
1～4
4715 ×10
侧弯
180° 合格
表 10 A335 - P11 管接头试样的冲击试验结果
测试序号 缺口位置 试验温度 ( ℃)
A KV (J )
1
焊道中心
15
50/ 72/ 66
2
热影响区
15
87/ 112/ 120
表 11 A335 - P11 管接头试样的硬度测试结果
表 2 A335 - P11 钢的力学性能 屈服强度 σ015 (MPa) 拉伸强度 σb (MPa) 伸长率 ( %)
3 焊接工艺的制定
347
482
≥22
311 焊接材料选用
根据美国金属协会提出的用于评定低合金钢焊
从保证焊缝性能同母材匹配的原则[3]出发 , 焊
接性的碳当量公式 : CE = C + Mn/ 6 + ( Cr + Mo + V) / 5 + ( Si + Ni +
中图分类号 :TG14 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 4837 (2005) 01 - 0029 - 04
Welding Technology of A335 - P11 Super High - pressure Thick Tube
SUN Zhong - yuan1 , WANG Li - jun1 , CHEN Chun - hong2 ,L U Zhen - hai3 (1. School of Materials Science and Engineering , Tianjin University , Tianjin 300072 , China ; 2. The Fourth Construction Company ( FCC) of SINOPEC , Tianjin 300080 , China ; 3. Dagang Petrochemical Company Petrochina ,Tianjin 300280 ,China)
mm、 356 mm ×47 mm、 406 mm ×54 mm、 508 mm ×66 mm 和 609 mm ×78187 mm 几种 。主管廊标 高 :老装置区 1215 m、汽油加氢装置 1010 m、裂解区 1210 m、急冷区 1015 m、压缩 区 1015 m 和 910 m。 A335 - P11 管道的主要用途是当乙烯装置开车时 , 由老装置区引汽供两台透平开车 。乙烯装置正常开 车后 ,由裂解炉产生的超高压蒸汽除了为这两台透 平提供动力外 , 剩余部分要输送到老装置区 。该管 道的介质温度高 、压力大 、工作条件苛刻 。设计要求 对焊缝进行 100 %射线探伤 Ⅱ级合格 , 10 %的磁粉 检测 Ⅰ级合格 。焊接施工为该扩容项目管道施工中 的重要工作 。
制 造 与 安 装
厚壁 A335 - P11 超高压蒸汽管道的焊接工艺
孙中原1 ,王立君1 ,陈春红2 ,卢振海3 (1. 天津大学 材料学院 天津 300072 ;2. 中石化集团第四建设公司 天津 300080 ;
3. 中国石油大港石化公司 天津 300080)
摘 要 :通过乙烯工程中超高压蒸汽管线的焊接实践 ,介绍了最大厚度达 78. 87 mm 的 A335 - P11 耐 热钢无缝管线的钨极氩弧焊接打底 ,电弧焊填充盖面的组合焊接工艺 , 焊接施工过程中的预热 、层 间温度 、后热处理的控制及焊接措施等问题 。 关键词 :A335 - P11 ;厚壁 ;超高压蒸汽管道 ;焊接工艺 ;焊接措施
δ4
温度
A KV
(MPa) (MPa) ( %)
( ℃)
(J )
E8018 - B2 660
570
25
15
160
图 1 坡口设计图
312 坡口设计
356 mm ×47 mm 管道焊接的坡口设计如图 1 所示 。 313 预热方式
管道预热采用电加热方式 ,加热的范围及位置
图 2 管道预热方式示意图
行 300～350 ℃/ 30 min 的后热 。焊接完毕再进行 300～350 ℃/ 30 min 的后热并保温缓冷 ,待冷却至常
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Abstract :This paper introduced a welding technology about super high - pressure steam thick tube applied in the ethene project . A335 - P11 is a kind of seamless heat - resistant steel tube. Firstly , this paper introduce that when the 78. 87 mm thick A335 - P11 tube was welded , MIT was employed to produce the first welding seam. Then , manual arc welding was used to finish the later welding procedure. Many control measure and welding technology also were introduced in this paper. Key words :A335 - P11 ;thick tube ;super high - pressure steam tube ; welding technology ;welding measure
2 材料成分与性能
Cu) / 15[1 ] 计算出的 A335 - P11 的 CE 为 01584 %。
A335 - P11 的化学成分见表 1 , 力学性能见表
根据冷裂纹敏感指数公式 :
2。
Pcm = C + Si/ 30 + (Mn + Cu + Cr) / 20 + Ni/ 60 +
表 1 A335 - P11 钢的化学成分
第 22 卷第 1 期 压 力 容 器 总第 146 期
温后还要进行 600～675 ℃/ 215 h 的消应热处理 。
315 焊接工艺评定
按 JB4708 —2000《钢制压力容器焊接工艺评定》
的规定对焊后 A335 - P11 的管道接头进行工艺评
1 前言
A335 - P11 是一种进口耐热低碳合金钢 , 在 450 ～550 ℃时有较高的热强性 , 这种钢在焊接过程中 存在热影响区硬化 、冷裂纹及焊后热处理或高温使 用过程中的再热裂纹问题 。因此 , 其焊接有一定的 难度 。
在某乙烯扩容项目中 , A335 - P11 超高压蒸汽 管道的施工范围是老装置区 、汽油加氢装置 、裂解 区 、急冷区和压缩区 , 主管线贯穿于各区域的主管 廊 ,分支于裂 解 和 压 缩 区 。规 格 有 323 mm ×45
丝选用 ER80S - B2 ,焊条选用 E8018 - B21 焊材的化 学成分及熔敷金属的力学性能见表 3～6 。
型号
表 3 ER80S - B2 的化学成分
( %)
C
Mn
Si
S
P
Ni
Cr
Mo
Cu
Sn
ER80S - B2
0109
0152
0149 01008 01008 0104
1104
0150 01004 01004
214
DC +
80～120
16～24
4～8
2SMAWຫໍສະໝຸດ E8018 - B2312
DC -
80～130
22～28
5～10
3～10
SMAW
E8018 - B2
410
DC -
130～170
30～36
8～16
按照表 7 中的工艺参数进行管道焊接 , 层间温 度保持在 200～250 ℃。焊缝填高至 15 mm 时要进
412 控制定位焊质量 定位焊采用过桥式氩弧焊 。正式施焊焊到该位
置时 要 求 将 定 位 焊 缝 磨 掉 。定 位 焊 缝 长 10 ～ 20 mm ,高 2～4 mm ,数目不少于 4 处 ,沿坡口圆周均布 。 进行定位焊时 ,严格按焊接工艺进行预热 ,其范围为 定位焊缝周围半径 50 mm 内的区域 。 413 焊接环境控制
定 。力学性能的评定结果如表 8～11 所示 , 焊接接
头的显微组织如图 3～5 所示 。
表 8 A335 - P11 管接头试样的拉伸试验结果
试验序号
试样尺寸
拉伸强度 断裂部位
宽度 (mm) 厚度 (mm) (MPa)
1
2419
4813
560
母材
2
2511
4715
555
母材
表 9 A335 - P11 管接头试样的弯曲试验结果
314 焊接工艺参数 拟定的焊接工艺参数见表 7 。其中钨极氩弧焊
封底的保护气流量为 10 L/ min 。
表 7 A335 - P11 管道的焊接工艺参数
焊缝层数 焊接方法
填充金属
牌号
直径 (mm)
焊接电流
极性
电流 (A)
电弧电压 (V)
焊接速度 (cm/ min)
1
GTAW
ER80S - B2
表 4 ER80S - B2 熔敷金属的力学性能
拉伸试验
冲击试验
型号
σb
σ012
δ4
温度
A KV
(MPa) (MPa) ( %)
( ℃)
(J )
ER80S - B2 629
550
28
15
281
见图 2 。预热温度在焊缝部位用电子点温计进行测 定并通过控温柜进行控制 。预热温度控制在 200～ 250 ℃,达到此温度范围后保温 30 min 开始施焊 。