高压厚皮管道焊接

王俐

摘要：对陕西延长石油（集团）公司煤油共炼试验示范项目合金钢A335 P22高压厚壁管道的焊接性进行分析，并介绍其焊接工艺及控制措施并提出了防止A335 P22产生冷裂纹及再热裂纹的方法。

关键词：高压厚皮管道；焊接工艺；控制措施；裂纹

一、前言

本工程中设计的A335 P22钢(最大规格厚度为Ф323.8*40mm)属合金热强钢，具有持久塑性好等特点，广泛应用于火电、核电、石化等各种受热面管道，该材料在焊接过程中往往因冷却过快而产生冷裂纹及再热裂纹，因而影响了焊接质量。本工程中高压厚壁管焊接焊工素质要求高、焊接工艺复杂，设计压力、温度高（最高设计压力29.9MPa、最高设计温度580℃），施工过程控制要求严，是整个施工环节中的重点和难点。本文从合金钢A335 P22高压厚皮管道的材质的焊接性、焊接工艺、热处理工艺及控制措施等方面论述了其焊接程序及焊接技术，供施工借鉴。

二、焊接工艺研究

1、A335 P22管道焊接

1.1A335 P22管道焊接性分析

（1）化学成分和力学性能（见表1及表2）

表1 A335-P22钢的化学成分

C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo
0.05~0.15	≤0.50	0.3~0.6	≤0.03	≤0.03	1.9~2.6	0.87~1.13

表2 A335-P22钢的力学性能

屈服强度бs/MPa	拉伸强度бb/MPa	延伸率б/%（4D）
≥205	≥415	纵向30	横向20

注：D为弯芯直径。

从化学成分看，A335 P22为美国ASME的高温铁素体合金耐热钢标准，类似国产2.5Cr-1Mo型热强钢，在国外被广泛用于570℃以下受热面管道及抗氢损伤设备。据有关资料介绍此钢在厚度6 mm≤б≤38 mm时焊接性良好．б>38 mm时对工艺措施要求苛刻。

（2）焊接应力

此材质管道管壁厚 ，结构刚性大，焊接时易产生较大拘束应力、三维残余应力，应力状态复杂 。

（3）扩散氢

由于管壁厚，坡口深．焊接时冷却速度快，焊缝中的扩散氢不易逸出，使焊缝中的扩散氢含量高。

综上所述， A335 P22焊接时，在淬硬组织、扩散氢、焊接应力的作用下，易产生冷裂纹。此种材质在钨极氩弧焊打底、手工电弧焊填充盖面的组合焊接工艺中易产生两个问题：一是焊接接头的淬硬性及冷裂纹倾向：二是进行消除应力处理时的裂纹倾向(再热裂纹)。

1.2焊接工艺

由于该材料在焊接过程中因冷却过快而不可避免地导致冷裂纹和再热裂纹的产生．所以要提高焊接质量．减缓冷却速度则成为消除焊接过程中产生冷裂纹和再热裂纹的关键。鉴于上述焊接性特点．经过充分分析论证．我们在施工中采用氩弧焊打底、手工电弧焊填充盖面的方法焊接厚壁A335一P22管道，在保证焊接工艺规范的前提下．重点掌控热处理工艺参数以减少焊接区氢的来源．从而降低焊接残余应力．加速焊缝熔敷金属中扩散氢的逸出．有效地改善了焊接接头组织和性能．从源头上避免冷裂纹和再热裂纹的产生。

1.2.1 坡口形式及尺寸设计的原则

（1）便于操作，易保证焊缝根部及其余各层焊道的质量。

（2）尽量减少填充金属量，以降低焊接应力．减小焊接变形。

（3）对工程焊接要有较好的适应性。

坡口型式：综合型(见图1)，其中β1=19°，对口间隙=3mm, β2=20°，坡口宽度40mm, β3=5°,钝边厚度=2mm，R=5mm。

图1 坡口型式

1.2.2 焊接材料选用

焊条选用 E6015B3(R407)Ф3.2 Ф4.0、 焊丝选用 TIG-ER90S-B3 Ф2.4,其化学成分及机械性能见表3、表4.

表3 E6015B3的化学成分

C/%	Mn/%	Si/%	Cr/%	Mo/%	S、P/%	бb(MPa)	б5/%
0.05~0.12	0.9	0.6	2.0-2.5	0.9-1.2	≤0.035	≥590	≥16

表4 ER90S-B3的化学成分

C	Mn	Si	Ni	S、P	Cr	Mo	Cu
0.07~0.12	0.4-0.7	≤0.2	≤0.025	≤0.025	2.3-2.7	0.9-1.2	0.35

1.2.3施焊准备

(1)焊接前彻底清除坡口内外表面两侧20mm处及焊丝表面油污、漆、铁锈、水分，直至露出金属光泽为止．

(2)错口值≤l mm，偏斜度≤2 mm。

(4)焊条350℃烘干1 h，低温保存，随用随取。

1.2.4焊接工艺参数 ，见表 5。

表5 垂直固定位置（2G）焊接工艺参数

焊接方法	焊接材料及规格	焊接电流（A）	极性	电弧电压（V）	焊接速度（mm/min）	氩气流量（L/min）
TIG	ER90S-B3Ф2.4	110-140	正接	10-15	40-60	8-10
SMAW	R407Ф3.2	120-140	反接	20-25	150-180	--
SMAW	R407Ф4.0	150-180	反接	25-30	130-220	--

1.2.5 预热 、跟踪预热

（I）可降低冷却速度及焊接区的温差，而减少淬硬组织减小焊接应力。同时也有利于焊缝中扩散氢的逸出。防止产生冷裂纹。

（2）温度为 250—350℃。保持0.5h,采用远红外电加热法。在焊前、焊接过程(层间温度)和焊接结束3个阶段。接头的预热温度应始终保持一致．并随时进行实测修正。

1.2.6后热 (即去氢处理)

（1）可消除焊缝中的扩散氢。防止产生冷裂纹。

（2）当焊缝中间检验前终止焊接时要采取后热脱氢处理措施．以促进焊缝中扩散氢的逸出。

（3）加热至 300～350℃，恒温 2h。后热应在焊至 15～2Omm，停止施焊后立即进行。

1.2.7焊后热处理

（1）为消除焊接残余应力．改善焊缝组织及热影响区的韧性．降低硬度．促使已产生的马氏体组织高温回火。提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性．并彻底脱氢．

（2）加热至720℃—750℃，恒温4h。

三、结束语

随着石油化工行业的发展及新工艺的不断研究，特殊材质高温高压管线成为管道焊接及安装中的重点和难点，具有很高的挑战性。延长石油（集团）煤-油共炼试验示范项目是延长石油重点科研示范项目，项目中设计特殊材质高温高压管道较多，工程量较大，因此，高温高压厚皮管道的施工成为项目建设的重点之一，而正确合理的焊接工艺、程序及控制措施是此类高温高压管线焊接施工质量的前提及保证，应激发所有参战人员足够的重视及不断的研究、创新，使该项目保质、保量顺利完成。

参考文献：

[1]GB 50235—2010， 工艺金属管道工程施工规范

[2]GB50236—2011，现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范．

[3]SH 3501—2011，石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范

[4]SH 3520-2004，石油化工工程铬钼耐热钢管道焊接技术规程．

[5]SH/T3523-2009，石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金和镍合金焊接规程

[6]SH3085-1997，石油化工管式炉碳钢和铬钼钢炉管焊接技术条件

[7]JB4730-2005，压力容器无损检测

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