耐热钢A335-P22材质在施工现场的焊接

1、耐热钢A335-P22材质在施工现场的焊接 摘要A335-P22 （化学成分为2. 25CrlMo）是ASME规范的表示方法, 在国内表示为12Cr2Mo,属于高温铁素体合金耐热钢。特点是工艺性能良好, 对热处理的加热温度不太敏感，焊接性能也较好，具有良好的塑性，具有 抗高温、难腐蚀。最大的缺点在焊接工艺中具有淬硬性和再热裂纹倾向。 目前，广泛应用于电力、石化行业的超高压蒸汽管道生产工艺中。以天津 石化100万吨/年乙烯装置超高压管道为例，对A335-P22材质的合金耐热 钢焊接工艺进行分析，以指导现场焊接施工。 关键词 耐热钢管道焊接性能焊接工艺 1工程概况 天津石化100万吨/年乙烯工程1

2、00万吨/年乙烯装置，为全国首套大乙烯工程，具 有工程量大、施工工期短、施工难度大、技术，质量要求严格等特点。其超高压蒸汽管 道采用A335-P22无缝钢管，设计温度538C,操作温度5200 设计压力1 2. 8MPa,操 作圧力llMPao超高压蒸汽管道主管线贯穿街区主管廊，分散于热区、压缩区、急冷区、 冷区，裂解炉区，共计管道延长米3.2公里，共计焊口 3300多道。管道规格： 21. 3*4. 78610*73. 025。焊接工作主要为A335-P22同材质焊接。耐热钢焊接作业时 间、热处理周期长。高压管道坡口加工、焊接和安装是整个乙烯装置的重点和难点。 2焊接准备工作 2. 1材料检

3、验 A335-P22无缝钢管在注明标示外，外观与普通的碳钢无缝钢管是一样的，所以在材 料的验收、入库、保管、发放，必须严格执行国家的、行业的相关标准、规范及公司的 相关规定，认真核对材料的质量证明文件。材料验收、核对材料证明文件需参照表1和 表2数值。必须做到材料实物与材料证明相符合，并做上合格标记。根据SH3501的要 求，对合金钢管道 组成件主体的关键合金部分应釆用光谱分析等进行复查。 表1 A335-P22无缝钢管的化学成分 钢种 钢号 化学成分（%） C Mn Si S P Cr Mo 耐热钢 A335-P22 0. 050 15 0. 3-0. 6 W0.5 W0 025 W0 02

4、5 1. 9-2.6 0. 871. 13 表2 A335-P22无缝钢管的力学性能 钢种 钢号 供货状态 力学性能 屈腋脱片 Oft） 廻呼6 （%） 0/cne) 0B) 耐热钢 A335-P22 正火十回火 415 170 20 M35 179 2. 2焊接材料 焊接材料的选择应根据所焊管材的化学成分、力学性能及使用和施焊条件进行综合 考虑的，所以焊接材料的合理选用必须慎重。应符合以下规定： 选用的焊材与所焊接的管材化学成分相当； 熔敷金属的抗拉强度不得低于管材标准抗拉强度的下限， 依据石油化工锯钮耐热钢焊接规程（SH/T3520）,A335 P22焊接工艺评定焊 材见表3： 表3焊接材

5、料的选用 焊接母材 焊丝 焊条 型号 牌号 型号 牌号 A335-P22+A335-P22 ER90S-B3 H08Cr2MoA E6015-B3 R407 山于珞钮耐热钢有较高的Cr. Mo,其金相组织为贝氏体+铁素体组织，在焊接过程 中淬硬性大，易产生冷裂纹、热裂纹、再热裂纹等焊接缺陷。所以对焊接材料的选用和 管理显得更为重要，焊接材料匹配，焊接过程控制严格是保证焊接工程质量，获得优 质焊接接头的关键因素。 2. 3焊接技术方案编制和焊接人员认定 依据焊接工艺评定，结合现场实际情况，编制焊接施工技术方案并经公司总工程师 批准，报至施工监理单位及建设单位审批。 山于合金耐热钢施工焊接具有特殊

6、性，要求参加锯钮耐热钢焊接的焊工必须按锅 炉圧力容器圧力管道焊工考试与管理规则规定进行考试。并取得建设单位项U质量站 组织的考试，考试合格后的焊工方能承担相应项目的焊接施工。 3焊接过程 3.1焊接材料的保管、发放 焊接材料的保管必须严格依据施工规范、标准，按照施工技术方案的要求，执行焊 材的保管、发放制度。应注意：A335-P22焊接前要预热处理和焊后进行热处理的时间不 短，领用焊条要掌握时间，不可将领用的焊条搁置时间太长。烘焙好的焊条领出超过4 小时未用或未用完应按规定的要求重新烘焙，重复烘焙的次数不得超过两次。 3. 2坡口加工及组对 坡口的加工形式及尺寸严格依据施工规范，按照施工技术方

7、案的要求进行施工。要 遵循保证焊接质量、填充金属少、熔合比小、便于操作等原则进行。 由于A335-P22耐热钢有较强的淬硬倾向，故坡口的加工宜采用机械加工方法。若 因管径较小或者壁厚较薄，则可采用火焰切割加工，应清除熔渣、氧化铁等，必须将坡 口表面及边缘20mm内的淬硬层打磨干净。还要按照JB4730进行磁粉检测或渗透检测。 管道坡口加工按照壁厚分为两种形式，即当管道壁厚S W30mm时，采用V型坡口（见 图2）,管道璧厚6 30mm时，采用VY型坡口（见图3）。均采用机械加工坡口（见图1）。 图1 坡口加工时在管内壁车削掉厚0. lmm、长度70mm的金属，以利于坡口组对，需要内 部切削端面

8、使用砂轮机打磨处理，形成平滑过渡，避免应力集中。 管道组对不得强力组对，以免产生、增加焊接应力及焊接裂纹。在耐热钢组对采用 工卡具时，工卡具的材质应与管材相同或相近，组对工卡具不得用锤击或扭掰的方法去 除，应采用火焰切割或砂轮机割除，割除后应进行修磨，做渗透检测。 3. 3焊前预热 由于A335-P22耐热钢有较大淬硬倾向和裂纹倾向，为了减小焊接应力，降低焊接 接头的温度梯度，防止出现焊缝裂纹等焊接缺陷，必须进行焊前预热。 在施工现场，预热一般采用电加热方式，预热温度控制在200300C,特殊情况也 可采用火焰加热，如：管径较小（管径WDN80）或壁厚较薄（6W10mm）管道、定位焊。 但要注

9、意的是火焰加热要缓慢均匀，防止局部过热现象。预热范圉以焊接接头中心线为 基准，两侧不小于100mm,加热区以外的100mm区域应保温（见图5）。 图5 3. 4层间温度控制 施焊过程中随时对层间温度进行检测，严格控制层间温度不低于要求的预热温度， 达不到要求时应重新进行预热后方可继续施焊。对于采用电加热法进行预热的焊缝，施 焊过程中按图5所示的加热设施不拆除，进行保温，而保温的口的：一是使焊件整个截 面热透，即里外温度均匀；二是保证组织转变完全。层间温度不符合要求时可通电加热, 或者采用氧-乙烘焰加热并作好层间温度记录。 3. 5焊接工艺 A335-P22耐热钢的焊接，采用多层多道的焊接方法，

10、打底采用鹄极氨弧焊，焊条电 弧焊盖面的焊接工艺。在焊件达到预热温度后，要保持15分钟再开始打底焊接，以保 证在厚度方向上温度均匀，并一次连续焊完。为保证焊接层间温度防止焊接裂纹的产生, 打底焊接完后，立即进行下一层的焊接，并连续焊完。每层焊接接头处应错开。焊接过 程中如因特殊情况中断，应进行后热处理（温度200350C,时间1530min）,保温 缓冷。再次焊接前应进行检查，确认无裂纹等焊接缺陷后按原工艺要求继续施焊。在天 津石化100万吨/年乙烯装置超高压蒸汽管道壁厚较大，管道规格自大到小为： 610*73. 025mm、 508*61. 913 mm、457*55. 563mm、0406*

11、49. 213mm、0355*44. 45mm、 0273*34. 925mm、0219*28. 575mm、 168*21. 95mm、0114*17. 12mm、089*15. 24mm、 60*11. 07mm、33*6. 33mm。焊接工艺流程考虑到射线检测的难度及减轻焊接返修的 难度而按照壁厚的不同将焊接流程分为两个部分，即：壁用W40mm焊缝的施焊（见流程 1）,壁厚40mm焊缝的施焊（见流程2）： 合格 流程1 流程2 管道壁厚不同，焊接工艺参数也有所不同。按照实际管径、壁厚情况，将焊接工艺 参数进行归类，具体情况见表4： 表4焊接工艺参数 管道规格 方法 焊接 材料 焊材规格

12、(mm) 焊接电流 (A) 焊接电压 (V) 焊接速度 (cm/mm) 管径W2且壁厚V6师 GTAW H08Cr2MoA d2. 5 90 120 12-15 58 管径2瘁且壁厚W22 mm GTAW+SW AM H08Cr2MoA R4O7 25 小32 90 120 90 130 12-15 21 28 58 610 22 mmV壁厚W74 mm GTAW+SW AM H08Cr2MoA R407 d2. 5 V3. 2/4. 0 90 120 90130/120170 12-15 24 28 58 610 在焊接过程中，将管道两头有效封堵，严防“穿堂风二如果通风，会造成气流紊 乱，影

13、响氮气保护效果，将会把氮气带走很容易造成根部气孔，而且不容易发现。 3. 6焊后热处理 为了消除焊接接头的残余应力，减少淬硬性，改善组织，加速氢的逸出，防止出现 焊接裂纹，提高接头的综合力学性能，焊接完毕后应及时进行焊后热处理。 焊后热处理采用局部电加热的方法。加热范围以焊缝中心为基准，两侧各不小于焊 缝宽度的3倍且不小于25 mm,加热区以外的100 mm范围内应予以保温(见图6),且管 道端口应采取封堵措施。 在热处理过程中，要准确的控制加热温度，请保持温度的均匀。测温热电偶的布置 要分布均匀，当管道的公称直径小于或等于300 mm时，每个焊接接头应安置1个热电偶 测温计；当管道的公称直径大于300 mm时，每个焊接接头应对称安置2个热电偶测温计。 采用自动温度记录仪控制热处理过程，记录热处理曲线，以便形成工程交工资料。具体 的焊后热处理参数见表5。 材质 厚度 (mm) 恒温溫度 (C) 恒温时间 (h) 升温速度 CC/h