P9炉管的焊接

P9炉管的焊接
摘要：通过对耐热钢9Cr-1Mo焊接性能的分析，提出了耐热钢焊接工艺以及焊接过程中容易出现的问题。

无损检测及硬度试验证明，只要采取焊前预热，焊后热处理等工艺措施，可保证焊接质量。

关键词：焊接；工艺参数；热处理
我公司承建的独山子1000万吨/年常减压蒸馏装置中的减压炉辐射段炉管所用钢材为9Cr-1Mo,规格为ф114.3mm×6.02mm,属于中合金耐热钢,有较好的高温耐热性和高温抗氧化性。

此类钢多用于高温高压的锅炉、加热炉及炼油设备中。

1.钢材的焊接性
9Cr-1Mo钢中由于Cr含量较高及含有一定量的C元素，致使钢材具有较高的淬硬性。

当以较快的速度冷却时，其组织为马氏体，焊后易出现高硬度的马氏体和贝氏体组织，增加接头脆性，残余应力较大，容易产生冷裂纹，这就需要在焊接前、焊接后对焊缝进行预热、后热和焊后热处理。

冷裂倾向严重，钢材焊接性较差，因此对焊接工艺要求十分严格。

为了保证焊接质量，在焊前进行焊接性分析和焊接工艺评定的基础上，制定了详细的焊接工艺措施。

2. 焊接工艺
2．1 焊接方法
为了保证焊道根部质量及管内清洁度，同时又不降低工作效率，采用手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充、盖面的焊接方法。

2．2 焊接材料
为了使焊接接头具有与母材相当的高温蠕变强度、高温抗氧化性和尽量
小的高温热应力，选用牌号为ER90S-B9、规格为Φ2.5mm的实芯焊丝，型号为R707、规格为Φ3.2 mm的低氢型碱性焊条。

焊接前对焊条进行350℃烘焙。

焊接保护气体选用(Ar)99．99％以上。

2.3 坡口加工
焊缝坡口采用机械加工，坡口形式见图1。

焊前将坡口及缝坡口采用机械加工，坡口形式见图1。

焊前将坡口及其附近表面的铁锈等杂质清理干净，露出金属光泽。

60°±5°
图1. 坡口示意图
2．4 焊前预热
焊前预热的主要作用是减缓焊接接头的冷却速度，降低接头的淬硬倾向，减少焊缝金属中扩散氢含量，这是防止冷裂纹的有效措施之一。

为了降低焊接应力，防止产生裂纹，焊前采用电加热丝将焊缝两侧母材均匀加热到300℃，每侧加热宽度不小于100 mm。

加热区域及其外围附近区域采用保温棉进行控温。

铬钼耐热钢焊接时需要严格的焊前预热,为了确保焊接质量，不论在定位焊或正式施焊过程中焊件都按本要求预热。

2．5 焊接过程
焊接工艺参数见表1。

焊道不宜过厚，采用焊条电弧焊焊接时，要适当摆
动焊条。

为了防止产生冷裂纹，焊接过程中热输入不宜过小，道间温度严格控制在300℃以上，焊接区域附近继续用保温棉进行保温。

因意外原因停止焊接时，需进行(300～350)℃×(15～30) min的后热处理，然后缓慢冷却，下次焊接前检查确认无裂纹后，再进行焊接。

氩弧焊气体流量控制在12～15 L／min。

为了防止管内侧焊缝氧化或过烧，管内进行充氩保护，向管道内充干燥的、纯度99.9%以上的氩气，将管道内的空气排出。

预制管段采用临时性封堵管口的方法进行充氩焊接，焊后将封堵物取出，对于安装焊口，由于焊后充氩用封堵物无法取出，所以采用水溶纸进行封堵，但封堵位置距焊缝不小于250 mm。

焊接过程中焊到点焊位置时，将焊点快速清除干净。

表1. 焊接工艺参数
焊接过程中容易出现的问题：1. P9铁水流动性差，根部焊缝易氧化，所以要充氩保护,采用水溶性纸堵口，从坡口大流量充氩时，发现保护效果不甚理想，焊缝背面有轻微氧化现象。

经过分析认为是大流量充氩时从坡口卷入外部空气导致气室氩气不纯所致。

2.打底时不能象一般材质一样,尤其在收
弧时，一定要填满弧坑并且移向坡口边缘收弧，防止产生弧坑裂纹。

R707焊条铁水粘稠，如果层间清理不彻底，很容易形成夹渣。

因此，层道间必须仔细清理，可利用砂轮机清理。

但不可使用榔头、錾子过重敲击，以免产生裂纹。

2．6 焊后热处理
焊后热处理能消除焊接残余应力，改善焊缝组织和力学性能，并能大幅度降低接头的氢含量，这是防止延迟裂纹的重要措施之一。

焊接完成后如果不能立即进行焊后热处理，及时进行300～350℃ ，保温15～30 min 的后热处理，然后缓冷，再进行正式热处理。

热处理采用电加热片加热，热电偶控温。

热处理工艺见图2。

热处理的加热范围：以焊缝中心为基准，两侧各不小于150 mm 。

热处理加热应均匀，升温速度220℃/h ，温度升到760℃时恒温，保温1h ，恒温时，在加热范围内任意两点温差保证小于15℃。

降温速度275℃/h ，，300℃以下自由升温、降温。

250～350℃
750～780℃
300℃
<2
20
℃
/h
<2
75℃/h
图2 3.结论
通过采用合适的焊接工艺，严格的技术、质量管理，更由于指挥部、amec 团队和众恒监理的严格监督和指导采取焊前预热，严格控制层间温度以及
焊后热处理等工艺措施，保证了焊接质量，热处理后硬度检测100%满足工艺要求，射线探伤一次合格率为99.8％。

同时我们也深感由于施工经验和所掌握的知识、理论有限，所制订工艺仍有待完善。