1、.耐熱鋼A335-P22材質(zhì)在施工現(xiàn)場(chǎng)的焊接摘要 A335-P22（化學(xué)成分為2.25Cr1Mo）是ASME規(guī)范的表示方法，在國(guó)內(nèi)表示為12Cr2Mo，屬于高溫鐵素體合金耐熱鋼。特點(diǎn)是工藝性能良好，對(duì)熱處理的加熱溫度不太敏感，焊接性能也較好，具有良好的塑性，具有抗高溫、難腐蝕。最大的缺點(diǎn)在焊接工藝中具有淬硬性和再熱裂紋傾向。目前，廣泛應(yīng)用于電力、石化行業(yè)的超高壓蒸汽管道生產(chǎn)工藝中。以天津石化100萬噸/年乙烯裝置超高壓管道為例，對(duì)A335-P22材質(zhì)的合金耐熱鋼焊接工藝進(jìn)行分析，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)焊接施工。關(guān)鍵詞 耐熱鋼 管道 焊接性能 焊接工藝1工程概況天津石化100萬噸/年乙烯工程100萬噸/年乙

2、烯裝置，為全國(guó)首套大乙烯工程，具有工程量大、施工工期短、施工難度大、技術(shù)，質(zhì)量要求嚴(yán)格等特點(diǎn)。其超高壓蒸汽管道采用A335-P22無縫鋼管，設(shè)計(jì)溫度538，操作溫度520，設(shè)計(jì)壓力1 2.8MPa，操作壓力11MPa。超高壓蒸汽管道主管線貫穿街區(qū)主管廊，分散于熱區(qū)、壓縮區(qū)、急冷區(qū)、冷區(qū)，裂解爐區(qū)，共計(jì)管道延長(zhǎng)米3.2公里，共計(jì)焊口3300多道。管道規(guī)格：21.3*4.78610*73.025。焊接工作主要為A335-P22同材質(zhì)焊接。耐熱鋼焊接作業(yè)時(shí)間、熱處理周期長(zhǎng)。高壓管道坡口加工、焊接和安裝是整個(gè)乙烯裝置的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2焊接準(zhǔn)備工作2.1材料檢驗(yàn)A335-P22無縫鋼管在注明標(biāo)示外，外觀與

3、普通的碳鋼無縫鋼管是一樣的，所以在材料的驗(yàn)收、入庫(kù)、保管、發(fā)放，必須嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家的、行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及公司的相關(guān)規(guī)定，認(rèn)真核對(duì)材料的質(zhì)量證明文件。材料驗(yàn)收、核對(duì)材料證明文件需參照表1和表2數(shù)值。必須做到材料實(shí)物與材料證明相符合，并做上合格標(biāo)記。根據(jù)SH3501的要求，對(duì)合金鋼管道組成件主體的關(guān)鍵合金部分應(yīng)采用光譜分析等進(jìn)行復(fù)查。表1 A335-P22無縫鋼管的化學(xué)成分鋼種鋼號(hào)化學(xué)成分（%）CMnSiSPCrMo耐熱鋼A335-P220.050.150.30.60.50.0250.0251.92.60.871.13表2 A335-P22無縫鋼管的力學(xué)性能鋼種鋼號(hào)供貨狀態(tài)力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度b(M

4、Pa)屈服強(qiáng)度s(MPa)延伸率（%）沖擊功akv(J/cm2)布氏硬度（HB）耐熱鋼A335-P22正火+回火41517020351792.2焊接材料焊接材料的選擇應(yīng)根據(jù)所焊管材的化學(xué)成分、力學(xué)性能及使用和施焊條件進(jìn)行綜合考慮的，所以焊接材料的合理選用必須慎重。應(yīng)符合以下規(guī)定：選用的焊材與所焊接的管材化學(xué)成分相當(dāng)；熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度不得低于管材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度的下限，依據(jù)石油化工鉻鉬耐熱鋼焊接規(guī)程（SH/T3520），A335 P22焊接工藝評(píng)定焊材見表3：表3 焊接材料的選用焊接母材焊絲焊條型號(hào)牌號(hào)型號(hào)牌號(hào)A335-P22+A335-P22ER90S-B3H08Cr2MoAE6015-B3R4

5、07由于鉻鉬耐熱鋼有較高的Cr、Mo，其金相組織為貝氏體鐵素體組織，在焊接過程中淬硬性大，易產(chǎn)生冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋等焊接缺陷。所以對(duì)焊接材料的選用和管理顯得更為重要，焊接材料匹配，焊接過程控制嚴(yán)格是保證焊接工程質(zhì)量，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的關(guān)鍵因素。2.3焊接技術(shù)方案編制和焊接人員認(rèn)定依據(jù)焊接工藝評(píng)定，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，編制焊接施工技術(shù)方案并經(jīng)公司總工程師批準(zhǔn)，報(bào)至施工監(jiān)理單位及建設(shè)單位審批。由于合金耐熱鋼施工焊接具有特殊性，要求參加鉻鉬耐熱鋼焊接的焊工必須按鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則規(guī)定進(jìn)行考試。并取得建設(shè)單位項(xiàng)目質(zhì)量站組織的考試，考試合格后的焊工方能承擔(dān)相應(yīng)項(xiàng)目的焊接施工。3焊

6、接過程3.1焊接材料的保管、發(fā)放焊接材料的保管必須嚴(yán)格依據(jù)施工規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，按照施工技術(shù)方案的要求，執(zhí)行焊材的保管、發(fā)放制度。應(yīng)注意：A335-P22焊接前要預(yù)熱處理和焊后進(jìn)行熱處理的時(shí)間不短，領(lǐng)用焊條要掌握時(shí)間，不可將領(lǐng)用的焊條擱置時(shí)間太長(zhǎng)。烘焙好的焊條領(lǐng)出超過4小時(shí)未用或未用完應(yīng)按規(guī)定的要求重新烘焙，重復(fù)烘焙的次數(shù)不得超過兩次。3.2坡口加工及組對(duì)坡口的加工形式及尺寸嚴(yán)格依據(jù)施工規(guī)范，按照施工技術(shù)方案的要求進(jìn)行施工。要遵循保證焊接質(zhì)量、填充金屬少、熔合比小、便于操作等原則進(jìn)行。由于A335-P22耐熱鋼有較強(qiáng)的淬硬傾向，故坡口的加工宜采用機(jī)械加工方法。若因管徑較小或者壁厚較薄，則可采用火焰切

7、割加工，應(yīng)清除熔渣、氧化鐵等，必須將坡口表面及邊緣20mm內(nèi)的淬硬層打磨干凈。還要按照J(rèn)B4730進(jìn)行磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)。管道坡口加工按照壁厚分為兩種形式，即當(dāng)管道壁厚30mm時(shí)，采用V型坡口(見圖2)，管道壁厚30mm時(shí)，采用VY型坡口（見圖3）。均采用機(jī)械加工坡口（見圖1）。 圖1坡口加工時(shí)在管內(nèi)壁車削掉厚0.1mm、長(zhǎng)度70mm的金屬，以利于坡口組對(duì)，需要內(nèi)部切削端面使用砂輪機(jī)打磨處理，形成平滑過渡，避免應(yīng)力集中。 11.5 60530 30.5 11.5 37.52.530 101 37.52.5 30.5 191 11.5 101 191 圖2 圖3bpCHTb=23mm, p=12

8、mm,=4550 b=23mm H=T+(13)mm圖4 角焊縫坡口形式管道組對(duì)不得強(qiáng)力組對(duì)，以免產(chǎn)生、增加焊接應(yīng)力及焊接裂紋。在耐熱鋼組對(duì)采用工卡具時(shí)，工卡具的材質(zhì)應(yīng)與管材相同或相近，組對(duì)工卡具不得用錘擊或扭掰的方法去除，應(yīng)采用火焰切割或砂輪機(jī)割除，割除后應(yīng)進(jìn)行修磨，做滲透檢測(cè)。3.3焊前預(yù)熱由于A335-P22耐熱鋼有較大淬硬傾向和裂紋傾向，為了減小焊接應(yīng)力，降低焊接接頭的溫度梯度，防止出現(xiàn)焊縫裂紋等焊接缺陷，必須進(jìn)行焊前預(yù)熱。在施工現(xiàn)場(chǎng)，預(yù)熱一般采用電加熱方式，預(yù)熱溫度控制在200300，特殊情況也可采用火焰加熱，如：管徑較小(管徑DN80)或壁厚較薄（10mm）管道、定位焊。但要注意的

9、是火焰加熱要緩慢均勻，防止局部過熱現(xiàn)象。預(yù)熱范圍以焊接接頭中心線為基準(zhǔn)，兩側(cè)不小于100mm，加熱區(qū)以外的100mm區(qū)域應(yīng)保溫（見圖5）。5050350繩式加熱器保溫區(qū) 圖53.4層間溫度控制施焊過程中隨時(shí)對(duì)層間溫度進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格控制層間溫度不低于要求的預(yù)熱溫度，達(dá)不到要求時(shí)應(yīng)重新進(jìn)行預(yù)熱后方可繼續(xù)施焊。對(duì)于采用電加熱法進(jìn)行預(yù)熱的焊縫，施焊過程中按圖5所示的加熱設(shè)施不拆除，進(jìn)行保溫，而保溫的目的：一是使焊件整個(gè)截面熱透，即里外溫度均勻；二是保證組織轉(zhuǎn)變完全。層間溫度不符合要求時(shí)可通電加熱，或者采用氧-乙炔焰加熱并作好層間溫度記錄。3.5焊接工藝A335-P22耐熱鋼的焊接，采用多層多道的焊接方

10、法，打底采用鎢極氬弧焊，焊條電弧焊蓋面的焊接工藝。在焊件達(dá)到預(yù)熱溫度后，要保持15分鐘再開始打底焊接，以保證在厚度方向上溫度均勻，并一次連續(xù)焊完。為保證焊接層間溫度防止焊接裂紋的產(chǎn)生，打底焊接完后，立即進(jìn)行下一層的焊接，并連續(xù)焊完。每層焊接接頭處應(yīng)錯(cuò)開。焊接過程中如因特殊情況中斷，應(yīng)進(jìn)行后熱處理（溫度200350，時(shí)間1530min），保溫緩冷。再次焊接前應(yīng)進(jìn)行檢查，確認(rèn)無裂紋等焊接缺陷后按原工藝要求繼續(xù)施焊。在天津石化100萬噸/年乙烯裝置超高壓蒸汽管道壁厚較大，管道規(guī)格自大到小為：610*73.025mm、508*61.913 mm、457*55.563mm、406*49.213mm、35

11、5*44.45mm、273*34.925mm、219*28.575mm、168*21.95mm、114*17.12mm、89*15.24mm、60*11.07mm、33*6.35mm。焊接工藝流程考慮到射線檢測(cè)的難度及減輕焊接返修的難度而按照壁厚的不同將焊接流程分為兩個(gè)部分，即：壁厚40mm焊縫的施焊（見流程1），壁厚40mm焊縫的施焊（見流程2）：焊后熱處理坡口加工組 對(duì)焊縫后熱施焊預(yù) 熱無損檢測(cè)預(yù)熱溫度記錄層間溫度控制、記錄后熱參數(shù)記錄硬度檢測(cè)下道工序焊縫返修合格 流程1射線檢測(cè)焊縫后熱施 焊焊縫預(yù)熱預(yù)熱溫度記錄層間溫度控制記錄后熱參數(shù)記錄合格中斷施焊焊后熱處理坡口加工組 對(duì)焊縫后熱施 焊

12、預(yù) 熱無損檢測(cè)預(yù)熱溫度記錄層間溫度控制記錄后熱參數(shù)記錄硬度檢測(cè)下道工序焊縫返修合格不合格 流程2管道壁厚不同，焊接工藝參數(shù)也有所不同。按照實(shí)際管徑、壁厚情況，將焊接工藝參數(shù)進(jìn)行歸類，具體情況見表4：表4 焊接工藝參數(shù)管道規(guī)格焊接方法焊接材料焊材規(guī)格（）焊接電流（A）焊接電壓（V）焊接速度（/min）管徑2且壁厚6GTAWH08Cr2MoA2.590120121558管徑2且壁厚22GTAW+SWAMH08Cr2MoAR4072.53.29012090130121524285861022壁厚74GTAW+SWAMH08Cr2MoAR4072.53.2/4.09012090130/12017012

13焊接過程中，將管道兩頭有效封堵，嚴(yán)防“穿堂風(fēng)”。如果通風(fēng)，會(huì)造成氣流紊亂，影響氬氣保護(hù)效果，將會(huì)把氬氣帶走很容易造成根部氣孔，而且不容易發(fā)現(xiàn)。3.6焊后熱處理為了消除焊接接頭的殘余應(yīng)力，減少淬硬性，改善組織，加速氫的逸出，防止出現(xiàn)焊接裂紋，提高接頭的綜合力學(xué)性能，焊接完畢后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理。焊后熱處理采用局部電加熱的方法。加熱范圍以焊縫中心為基準(zhǔn)，兩側(cè)各不小于焊縫寬度的3倍且不小于25，加熱區(qū)以外的100范圍內(nèi)應(yīng)予以保溫（見圖6），且管道端口應(yīng)采取封堵措施。在熱處理過程中，要準(zhǔn)確的控制加熱溫度，請(qǐng)保持溫度的均勻。測(cè)溫?zé)犭娕嫉牟贾靡植季鶆颍?dāng)管道的公稱直徑小于或等于

14、300時(shí)，每個(gè)焊接接頭應(yīng)安置1個(gè)熱電偶測(cè)溫計(jì)；當(dāng)管道的公稱直徑大于300 時(shí)，每個(gè)焊接接頭應(yīng)對(duì)稱安置2個(gè)熱電偶測(cè)溫計(jì)。采用自動(dòng)溫度記錄儀控制熱處理過程，記錄熱處理曲線，以便形成工程交工資料。具體的焊后熱處理參數(shù)見表5。L繩式加熱器保溫區(qū)熱電偶 圖6表5 焊后熱處理參數(shù)材質(zhì)厚度（）恒溫溫度（）恒溫時(shí)間（h）升溫速度（/h）降溫速度（/h）備注A335-P222372075012202601.升溫過程對(duì)300以下可不進(jìn)行控制；2.升溫至300后，加熱速度不大于220/h ；3.恒溫時(shí)間每毫米壁厚3，且不少于1h；4.恒溫后冷卻速度不大于260，冷卻至300后可自然冷卻。=287207501.518

15、0230=347207502150190=44，49720502.5100130=55720750390110=617207503.580100=7372075047089管道焊接接頭的熱處理質(zhì)量通常采用硬度檢測(cè)的進(jìn)行檢驗(yàn)。焊接接頭熱處理完后，100%進(jìn)行硬度檢測(cè)。檢測(cè)每個(gè)焊接接頭的焊縫、熱影響區(qū)、母材的表面布氏硬度，規(guī)定為不超過母材布氏硬度（HB）+100，且不大于300 HB。否則要求重新熱處理。4焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)A335-P22耐熱鋼的焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)，因施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊縫的預(yù)熱、層間溫度控制、焊后及時(shí)熱處理等工序有連續(xù)性，為防止其材料在焊接后產(chǎn)生延遲裂紋，故采用完成焊后熱處理后再進(jìn)行焊縫的無損檢測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮，A335-P22管道，壁厚30的焊縫一次焊完并進(jìn)行100%射線檢測(cè)，30壁厚40的焊縫一次焊完后進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)，壁厚40的焊縫在打底完畢并填充至約20 mm的焊縫厚度后進(jìn)行射線檢測(cè)，合格后將剩余厚度焊完，并進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)；射線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行JB4730-2005.2 級(jí)合格，超聲波檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行JB4730-2005.3 級(jí)合格。5結(jié)束語(yǔ)A335-P22材質(zhì)廣泛應(yīng)用于石化、電力行業(yè)的工藝流程中，是常見的工業(yè)材料。由于耐熱合金鋼本身的特點(diǎn)，其焊接性也就較為特殊。尤其是大口徑厚