浅谈大厚度铬钼钢管道的焊接工艺

浅谈大厚度铬钼钢管道的焊接工艺

康志东李小会

(荆门技师学院湖北荆门448000)

前言

铬钼钢它是以Gr—Mo为基础的低中合金珠光体耐热钢，它具有很好的抗高温氧化性和热强性，并同时还具有良好的抗硫和氧腐蚀的能力。因而被广泛的应用于具有高温强度的锅炉及热力管道等场合。下面就一种大厚度铬钼钢管道的焊接工艺浅谈一下方法。

1.基本情况介绍

其管道规格及技术参数如下：

规格：φ219x31mmφ355x50mm

设计压力：295kg/Cm²操作压力：269kg/Cm²

氢分压：175kg/Cm²介质：H2、N2

设计温度：360℃操作温度325—340℃

这些管线材料的选用是根据纳尔逊曲线（NeLsohCUYVe3）为依据，以防止在高温、高压富氢的条件产生氢腐蚀。在所属一些管线焊接施工中，要求十分严格，否则难以达到高质量焊缝。由于管线道是大径厚壁管，刚性很大（管道尺寸为Dg＝350mmδ＝50mm）所以焊接具有大拘束力的铬钼钢更显得困难和棘手。但只要在合理的工艺措施保证之下，认真对待，是可以焊好的。设备的接头处的坡口是加工成双V型的坡口，如图一所示，打底盖面均采用手工电弧焊的方法进行全位置焊接。

2.Gr—Mo钢焊接性能分析

这类钢与低碳调质钢相比，主要是它易产生冷裂纹，在焊接工艺上许多方面和低碳调质钢相类似，取决焊前热处理状态、焊接材料的选择、焊前预热和焊后热处理方式等。在选择焊材时主要是根据母材的化学成份进行，要求焊材具有相近似母材的成份，以保证其耐热性和腐蚀性。生产实践中往往遇到不同类型的珠光体耐热钢焊接，在这种情况下，一般是按含Gr级别的母材进行选择，有些焊后不能进行回火的焊缝则往往要选用奥氏体焊接材料进行焊接。

对于这类钢焊接，冷裂纹倾向较大，选用合适的焊前予热，是一个重要的手段，可根据焊件使用的条件，采用不同的焊后热处理，以提高焊接接头的塑性，改善组织和消除焊接内应力。

3.焊前准备

设备上的坡口均为机械加工好的坡口（如图二）。配管的管口必须与法方一致，对坡口两侧的污物清理干净。

除去焊条药皮中的水份，可以使焊缝中的氢含量明显的降低。焊条的烘烤的好坏能对焊缝质量的好坏起到重要的作用，焊条必须严格烘烤，温度在350-400℃恒温小二时，然后冷至100℃后随用随取。

组对，不得强制组对，以减少拘束应力，间隙保持在3-4mm。

点固，在55°、135°、225°、315°四处进行点固，长度为20-30mm，厚度为3-4mm,点焊时焊接材料和工艺与正式焊接相同，点固后仔细检查焊道上有无裂纹，无裂纹为合格，如有裂纹必须把裂纹彻底清除干净再重新点固。

4.焊接工艺

4.1预热

铬钼钢的金相组织为粒状珠光体，具有明显的空气淬硬倾向。焊接时，焊缝和热影响区很容易出现硬而脆的马上体组织，特别是在大厚度的情况下，焊接时产生很大的内应力，极易出现裂纹，因此焊接前要进行予热处理。予热的范围应在坡口的两侧100-150mm，予热温度一般要达到300℃-350℃。加热方法：一般采用氧--乙炔火焰加热或远红外加热。

4.2选用填充金属

所有焊口根据不同类型的材质提供、具体见下表：

焊接材料的选择及其成份

4.3焊接电流

打底时φ3.2Ⅰ＝90-100AV型槽内φ3.2

Ⅰ＝100-110A（á区域）直槽内φ4

Ⅰ＝130-140A（b、c区域）该面层φ4

Ⅰ＝125-135A（见图1-1），焊接时采用直流电源反接。

打底焊采用小电流小摆动，短电弧焊接，接头处要用角向磨光机打磨成圆弧形，以避免接头处未焊透等缺陷。焊接过程需要连续完成并且保持预热温度，焊后立即用石棉布包扎，使焊缝缓冷，然后打磨焊道至光滑，焊后24小时进行X射线探伤合格后可进行填充盖面。

5.填充盖面的操作要求

预热温度与打底焊相同，火焰加热到300℃以上。

层间温度亦为300℃经常随时用测温笔测试，低于300℃时应停止焊接，待预热温度达到要求后再施焊。

焊接时，焊条做横向摆动，当坡口轴向距离24mm，采用直焊道堆焊。（a、c区域内属于堆焊）

为了减少焊接应力和保护层间温度，因管径大、厚度大要求将焊道连续性一次焊完，对焊工体力消耗大，所采取的措施，是挑选了四名熟练的焊工分成两班倒，有两名焊工从二侧同时焊接，两名焊工使用相同的焊接工艺参数。（注两名焊工相互配合，每层接头处和收弧处错开）

焊接时要注意采用薄焊道，每层焊厚2-3mm。

焊接时，注意角度的变化，不要让熔渣跑到熔的前方，在坡口两侧多多停留一会儿。

注意层间清理每焊一层，迅速清理焊道表面，使其表面不粘有熔渣。

焊完以后立即用石棉布包扎缓冷（焊缝表面清理工作完全冷却后进行）

最后进行焊后热处理。

6.焊缝检验与返修

因为焊缝厚度大，整体焊缝X射线探伤无法进行，所以焊缝操作分二步进行，打底焊缝进行X射线探伤。JB928-67标准，Ⅰ级为合格。全部焊完后，进行超声波探伤。合格标准为JB1152-73标准中的Ⅰ级。当探伤发现超标缺陷后，应对焊缝进行返修，返修时用电弧气刨将缺陷部位抛掉，然后再用角向磨光机打磨掉碳化物及杂质。补焊前要把整个焊缝予热到300℃，所用焊接规范与首次焊接时相同。

结论

打底焊道经X射线探伤一次合格率为98%以上填充盖面部分，超声波探伤100%合格，打底焊道的少量局部返修做到一次合格。因此，虽然大厚度铬钼钢在焊接时极易产生裂纹、夹渣等缺陷，但是，只要焊接工艺合理，操作正确、认真，手工电弧焊焊接大厚度铬钼钢是可以得到高质量的焊接接头的。