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至德钢业耐热不锈钢管管道焊接裂纹控制技术方法

来源:至德钢业 日期:2021-04-04 11:29:58 人气:385

 浙江至德钢业有限公司技术人员主要阐述了耐热不锈钢管道焊接裂纹产生的主要原因,从焊接材料和焊接规范的选择两方面对焊接裂纹的控制机理进行了分析,并结合工程实例,对耐热不锈钢管道焊接方法进行描述,总结出有效防治耐热不锈钢管道焊接裂纹的措施。耐热合金钢是石油化工装置中常见的、应用比较广泛的钢种之一,其中尤其以铬钼类珠光体耐热钢所占比例最大。这种类型的合金钢以较好的抗氧化性和热强性被各类压力管道、加热炉管所采用,工作温度一般可达330-350℃,甚至600℃。其中以Cr5Mo,15Cr5Mo等最常见。但在实际工作中,我们发现这类钢种在施焊过程中,如控制不当,极易产生焊接裂纹,影响焊接接头的使用性能。后来经过反复实践和学习,我们对其焊接性能特点进行了深入了解,分析了产生裂纹的主要原因,找到了一些解决问题的方法。


一、珠光体耐热钢焊接裂纹产生的主要原因


  珠光体耐热不锈钢管焊接裂纹以冷裂纹、热裂纹最为常见,现在逐一分析其产生原因。


 1. 冷裂纹


  冷裂纹主要产生于焊接接头的热影响区。氢的扩散是造成冷裂纹的主要原因。这是由于焊接时,热影响区母材随温度升高转变成奥氏体。而当焊缝金属随温度降低转变为珠光体时,热影响区仍为奥氏体。而焊缝中的氢在奥氏体中溶解度大,于是其便向热影响区扩散,聚集熔合线附近的奥氏体组织中,在残余压力作用下,便在热影响区产生冷裂纹。


  2. 热裂纹


  珠光体耐热不锈钢管的热裂纹主要产生在焊缝中,尤其是弧坑处。它是由于焊接中碳、硫、磷等杂质元素的含量过高,以至与镍等合金元素形成低熔点共晶物,聚集在晶间处,在残余压力作用下,产生热裂纹。


二、珠光体耐热钢焊接裂纹的控制


  选择正确的焊接工艺是防止珠光体耐热不锈钢管焊接裂纹产生的主要途径。现从以下几方面并结合在耐热钢管道焊接作业中的实践加以论证。


 1. 焊接材料的选择


  焊接选择的原则是力求焊缝成分与母材相近,以保证焊缝性能与母材匹配。为防止焊缝的热裂倾向,焊缝的含碳量也可以较母材略低一些。以Cr5Mo钢管焊接为例,宜采用氩电联焊,氩弧焊打底选用H1Cr5Mo焊丝,手工电弧焊盖面选用R507焊条。


  2. 焊接规范的选择


  焊接线能量对焊缝组织及性能影响很大。过大的线能量会使热影响区产生脆化,过小则会增加融合区的硬化程度,不利于防止裂纹产生和改善接头的机械性能。


  另外对预热和层间温度的有效控制可以减缓焊缝金属和热影响区的冷却速度,降低接头的淬硬倾向,有利于氢从焊缝中逸出,防止冷裂纹产生。


  后热处理,即消氢处理。也能促使氢进一步由焊缝逸出,防止冷裂纹产生。焊后热处理可以消除应力,降低接头及热影响区的硬度,促使氢逸出,使接头组织稳定,提高其高温下的使用性能。


三、焊接实践


  该工艺在某石化装置规格为Φ152×8的Cr5Mo炉管的焊接中进行了应用,在遵循以上原则的基础上还根据实际情况在两方面作了改进。


 1. 打底焊的焊接电流调整


  由于当时环境温度较低,层间温度不宜控制,容易造成冷裂。因此对氩弧焊的电流参数进行了适当的调整,即在可以控制电弧的前提下,将电流由100-110A提高至130A左右,相当于适当提高了线能量。经实践证明,对保持层间温度以及焊缝金属的熔合,防止冷裂效果明显。


 2. 焊制坡口过渡层


 由于母材及焊材中含有碳、硫、磷等杂质的原因,使开始时焊接常产生裂纹,一度影响了焊接质量。后来经过工程技术人员研究,尝试了坡口过渡层的焊接方法:即在管口打出坡口后,在坡口上采用氩弧焊焊制一层过渡层,然后经过打磨处理,再进行组对焊接。过渡层的采用,较好地缓解了由于母材成分复杂等原因造成焊缝热裂倾向。以下是此次焦化炉管焊接的各项工艺参数:


 氩弧焊打底:焊接电流130-140A,焊接电压16-20V


 手工电弧焊盖面:焊接电流110-115A,焊接电压22-24V


 预热温度:250-300℃


 层间温度:≥250℃


 后热温度:250-300℃,0.5小时


 焊后热处理:750-780℃,2小时(升温速度220℃,降温速度275℃/h)热处理后经硬度检测,硬度值均低于HB245。经射线探伤,完全符合JB/T4730Ⅱ级要求。


四、结论


 几年来,该工艺在耐热不锈钢管道的焊接实践应用中效果均比较理想,有效地防止了裂纹的产生,焊接合格率达到98%以上。说明在焊接规范的控制以及焊接方法运用上比较成功。经过不断完善,一定会取得更理想的效果。


本文标签:耐热不锈钢管 

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