15CrMoG耐熱鋼管道焊接項目施工工法

1、15CrMoGt熱鋼管道焊接施工工法1冃U言耐熱鋼中以珠光體鉻鉬耐熱鋼應用最廣，因為這類鋼一般適用于350-550 C之間，同時，這類鋼的合金元素含量相對較少，一般都屬于低合金鋼的范疇，因為合金鋼是在碳鋼中加入少量的合金元素，鋼的性能就發(fā)生了變化，就得到了碳鋼所沒有的性能，即耐高溫、抗氧化、抗蠕化和良好的持久強度，由于合金元素小于 3.5%，所以稱作低合金，簡稱合金鋼。它的耐熱性和強度均超過不銹鋼，但是價格比不銹鋼便宜得多，適用于在各種高溫高壓條件下工作的介質管道。例如在攀鋼煤化工廠外線工藝管道施工項目中，該工程管道0 273 X 11共1200米,其設計溫度為480C，設計壓力為 5.5Mp

2、a,并且管道材質為 15CrMoG耐熱合金鋼，這類高溫 高壓的特殊材質管道以前我公司未施工過，所以還沒有完善和成熟的施工工藝及經驗可以借鑒。由于合金鋼的化學成分和性能與碳素鋼、不銹鋼存在較大的區(qū)別，所以施工15CrMoG耐熱合金鋼的焊接工藝及步驟都比碳素鋼、不銹鋼要求更高，也更嚴格和復雜。因此掌握此項 新技術、新工藝中所有技術參數(shù)是具有較大的技術難題。為了保證焊接質量，公司成立了專題攻關技術小組，開展科技創(chuàng)新，取得了“15CrMoG耐熱鋼管道焊接技術”這一新成果，并且該技術于2006年通過攀鋼冶金技術有限公司（原攀冶建公司）科技質量部組織的科技成果鑒定，獲公司科技進步一等獎；在2007年4月全

3、國冶金施工系統(tǒng)QC成果發(fā)布會上獲得二等獎。該技術填補了我公司在15CrMoG耐熱合金鋼焊接技術方面的空白，優(yōu)化了生產工藝，提高了勞動生產率，保證了焊接質量，為公司創(chuàng)造了良好的 社會效益和經濟效益。2 工法特點2.1由于15CrMoG鋼中含有較高含量的 Cr、C和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊 接接頭淬硬傾向大，可能出現(xiàn)冷裂紋，因此15CrMoG鋼焊接時，焊接材料的選擇和嚴格的工藝措施，對于防止焊縫產生裂紋，保證管道使用性能至關重要。所以15CrMoG耐熱合金鋼與碳素鋼、不銹鋼等管道相比不管從施工工藝還是施工時所使用的工機具要求都更高，也更復雜。因此通過本工法的實施，使我公司的管道施工綜

4、合能力得到很大的提高，填補了我公司在15CrMoG耐熱合金鋼安裝技術方面的空白，優(yōu)化了生產工藝，提高了勞動生產率，保證了焊接 質量，為公司創(chuàng)造良好的社會效益。更為今后公司施工同類管道奠定了堅實的基礎，提高了市場競爭能力。2.2本工法貫徹實施后， 使我公司得以熟練掌握 15CrMoG材質高溫高壓蒸汽管道的打磨、預熱、焊接、層間溫度、焊后緩冷、焊縫及管道的熱處理等所有工序及每個工序的具體要求及 相關參數(shù)。為今后公司施工同類合金管道將起到較大的指導作用。3適用范圍適用于管道介質在 10MPa 550C以下的15CrMoG材質或同類型材質的高溫、高壓蒸汽管 道或其它介質管道的焊接。4工藝原理為了保證耐

5、熱鋼具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性能，要加入一定量的Cr和Mo,但含有Cr和Mo的鋼焊后在空氣中冷卻時，具有明顯的淬硬傾向，焊縫和熱影響區(qū)出現(xiàn)硬而脆的馬氏體 組織,不僅影響焊接接頭的力學性能 ，而且引起很大的內應力，容易產生裂紋。耐熱鋼焊縫及熱 影響區(qū)的淬硬傾向主要和以下因素有關：Cr和C的含量越多，硬化越嚴重；焊件越厚，截面積越大（也就是焊件的剛性越大）硬化 越嚴重；焊件不預熱或預熱溫度過低（特別在冬季施焊時）硬化越嚴重；焊接時的線能量越小， 硬化越嚴重。此外，焊縫中擴散氫的含量較高也是導致15CrMoG耐熱鋼焊縫或熱影響區(qū)產生裂紋的重要原因。為保證焊接質量，在焊接時必須選用堿性低氫型焊條

6、，嚴格按技術要求進行預熱， 保持層間溫度、焊后緩冷并及時進行熱處理等工藝措施。5施工工藝流程及操作要點15CrMoG耐熱合金鋼之所以能在一定的高溫（350-550 C ）下長期穩(wěn)定的工作，是因為它具有比一般低碳鋼更好的高溫力學性能和高溫抗氧化性能，因為普通碳素鋼在高溫時，不僅強度低，而且會發(fā)生氧化，溫度越高，氧化越嚴重。而氧化鐵很粗疏，因而導致氧化過程不斷 向鋼材內部進行，加速鋼材的破壞。如果在鋼中加入鉻（Cr）,則由于鉻（Cr）和氧（O）的親和力比鐵（Fe）與氧（O）的親和力大，高溫時，在金屬表面首先形成氧化鉻，致密的氧化 烙在金屬表面形成一層保護膜；因而能防止內部金屬受到氧化。但是由于15

7、CrMoG鋼中含有較高含量的 Cr、C和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯， 焊接性差。15CrMoG鋼的化學成分如下：C: 0.16%, Si : 0.27%, Mn 0.55%, Cr: 0.95%, Mo 0.50%, S 0.40%, P 0.4%時，焊接接頭淬硬傾向大，可能出現(xiàn)冷裂紋，而15CrMoG鋼的碳當量Ceq值已達0.545%，故15CrMoG鋼的淬硬傾向大，焊接性差，因此15CrMoG鋼焊接時，焊接材料的選擇和制定嚴格的焊接工藝措施，對于防止裂紋，保證使用性能至關重要。5.1施工工藝流程5.2操作要點5.2.1 焊接工藝評定1. 焊接材料的選擇針對15CrMoG鋼的焊接特點

8、及材質性能表，參照國家相關規(guī)范上的焊接工藝要求，我們 選擇了兩種方案進行焊接試驗。方案I：焊接預熱，采用焊絲PP.TIG-R30,規(guī)格為2.5的焊絲手工鎢極氬弧焊打底。采用牌號為CHH307(如圖5.2.1-2 )、規(guī)格為3.2 X 350的焊條電弧焊蓋面。焊后進行局部熱處理。方案n：采用ER80S-B2L焊絲，規(guī)格為2.5的焊絲手工鎢極氬弧焊打底，采用牌號為E309MO-16、規(guī)格為3.2焊條填充電弧焊蓋面，焊后不進行熱處理。焊絲和焊條的化學成分 及力學性能見表521-1。表5.2.1-1焊接材料的化學成分和力學性能型號CMnSiCrNiMoSPS b/MpaS 5/%PP.TIG-R300

9、.0590.850.581.270.540.0040.01555031CHH3070.0720.660.401.2300.4660.0100.01658524ER80S-B2L0.050.70.41.20.150.50.0200.0250025E309MO-160.100.620.923132.00.0250.03550252. 焊前準備試件采用15CrMoG鋼管，規(guī)格為$ 273X 11,坡口型式及尺寸見圖5.2.1-3。焊前用角向磨光機將坡口內外及坡口邊緣50mm范圍內打磨至露出金屬光澤，然后用丙酮清洗干凈。試件為水平固定位置，對口間隙為3-3.5mm，采用手工鎢極氬弧焊沿圓周均勻點焊六處

10、,每處點固長度不小于 20mm焊條按表5.2.1-2的規(guī)范進行烘烤。圖 5.2.1-3焊接接頭：對接坡口形式： 襯墊a =60p=1.5-2b=3-3.5注：第一層為手工氬弧焊；第二、三、四層為手工電弧焊表5.2.1-2焊條烘烤規(guī)范焊條型號烘烤溫度保溫時間CHH307350 C2hE309Mo-16150 C1.5h3.焊接工藝參數(shù)的選擇按方案I焊前需進行預熱，根據(jù)計算預熱溫度公式:To=350 V C-0.25(C)(5.2.1-1 )式中，To預熱溫度，C。C=Cx+Cp Cp=0.005SCxCx=C+（Mn+C） /9+Ni/18+7Mo/90 式中，Cx成分碳當量；Cp尺寸碳當量；S

11、 試件厚度（本文中S=11mmCx=C+（ Mn+C）/9+7/90Mo=0.361Cp=0.045貝U To=138C因此預熱溫度選為150C。采用氧-乙炔火焰對試件進行加溫，用測溫儀判斷試件表面的溫度，測量點至少應選擇三點，以保證試件整體均達到所要求的預熱溫度150C。焊接時，第一層采用手工鎢極氬弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產生凹陷，送絲時采用內填絲法，即焊絲通過對口間隙從管內送入。其余各層采用焊條電弧焊，共焊4層，每個焊層一條焊道。方案I和方案n的焊接工藝參數(shù)見表5.2.1-3、4。表5.2.1-3 方案I的焊接工藝參數(shù)焊道焊接焊接焊材規(guī)焊接電電弧電預熱及層熱處理規(guī)范名稱方法材料格/m

12、m流/A壓/V間溫度打底層鎢板氬弧焊PP.TIG-R302.511023填充層焊條電弧焊CHH3073.290-11022-25150-200715 C /75min蓋面層焊條電弧焊CHH3073.290-11022-25表5.2.1-4 方案n的焊接工藝參數(shù)焊道焊接焊接焊材規(guī)焊接電流電弧電壓預熱及層熱處理名稱方法材料格/mm/A/V間溫度規(guī)范打底層鎢板氬弧焊ER80S-B2L2.511012填充層焊條電弧焊E309MO-163.2100-12022-24蓋面層焊條電弧焊E309MO-163.2100-12022-24按方案I焊接時，層間溫度不低于150 C,為防止中斷焊接而引起試件的降溫，焊

13、接過程中隨時用測溫儀檢查試件焊縫表面的溫度，并且施焊時最好由二名焊工交替操作，焊后立即 采取保溫緩冷措施。4. 焊后熱處理采用方案I焊接的試件，焊后立即進行局部高溫回火處理。根據(jù)國家規(guī)范技術要求及反復試驗總結出熱處理的工藝為：升溫速度為200 C/h，升到715C保溫1小時15分鐘，降溫速度100 C /h，降到300 C后空冷。具體采用電加熱器包繞焊縫，用硅酸鋁棉層保溫，保溫層 厚度50mm溫度控制采用電加熱器自動控溫儀控制。5. 焊接工藝評定試驗結果試件焊后按 JB/T4730.2-2005承壓設備無損檢測及 GB50236-98現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范標準進行100%的X

14、射線照相檢驗，焊縫H級合格。按JB4708鋼制壓力容器焊接工藝評定及GB50236-98現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范標準進行焊接力學性能評定試驗。試件評定結果見表5.2.1-5 及圖5.2.1-9 。表5.2.1-5 焊接工藝評定試驗結果試驗方案抗拉強度sb/Mpa斷裂部位彎曲角度面彎背彎焊縫熔合線熱影響區(qū)(HB)方案I550/530母材180合格合格84.8162136方案n525/520母材180合格合格79.410997從上表5.2.1-5 (圖5.2.1-9 )拉伸試驗結果可知，兩種方案的拉伸試樣全部斷在母材，說明焊縫的抗拉強度高于母材；彎曲試驗全部合格，說明焊縫的塑性較好

15、。根據(jù)表5中的沖擊韌性試驗結果可知，方案I的沖擊韌性明顯高于方案H,證明方案I的焊后熱處理結果比 較理想，高溫回火不僅達到了改善接頭組織和性能的目的，而且使韌性與強度配合適當。方 案I采用了與母材成分接近的焊條，焊縫性能同母材匹配，焊縫具有較高的熱強性，焊縫在 高溫下長期使用不易破壞。難點是焊后熱處理要求較為嚴格，回火溫度和保溫時間及加熱和 冷卻速度控制不當反而會引起焊縫性能下降。方案n采用了奧氏體不銹鋼焊條施焊，雖然可 以省去焊后熱處理，但由于焊縫與母材膨脹系數(shù)不同，長期高溫工作時可發(fā)生碳的擴散遷移 現(xiàn)象，容易導致焊縫在熔合區(qū)發(fā)生破壞、裂紋，存在安全隱患。因此，從使用可靠性考慮及 保證焊接質

16、量，現(xiàn)場采用方案I施焊更為穩(wěn)妥，并編制詳細的焊接工藝指導書。5.2.2 施工準備1. 施工人員要熟悉施工圖紙，掌握有關設計、施工規(guī)范的要求。并作好施工人員施工前的培訓工作。2. 組織工程技術人員和測量人員對管道基礎進行驗收及復查。3. 對已到貨的管道、管件應設置專人看管，并且要與其他材質的管道分開嚴禁不同材質的管道混放混裝，不同材質的管道、管件并應作好相應的標記。4. 管道組成件及管道支撐件在施工過程中也應妥善保管，不得混淆或損壞，其色標或標記應明顯清晰。材質為有色金屬的管道組成件及管道支撐件，在使用及儲存期間不得與碳素 鋼接觸。暫時不能安裝的管子，應封閉管口。523焊接材料驗收及復檢1. 焊

17、條、焊絲的選用，應按照5.2.1焊接工藝評定中的規(guī)定進行驗收。2. 施工現(xiàn)場的焊接材料貯存場所及烘干、去污設施，應符合國家現(xiàn)行標準焊條質量管理規(guī)程JB3223的規(guī)定，并建立保管、烘干、發(fā)放制度，并應做好書面記錄。3. 氬弧焊所采用的氬氣應符合現(xiàn)行國家標準氬氣GB4842的規(guī)定，且純度不應低于99.9%。5.2.4管道預制及焊條的烘烤1.以圖紙為依據(jù)準備好彎頭、管道，焊縫坡口形式及尺寸見焊接工藝評定圖5.2.1-3。2焊條需要設置專人保管和烘烤，焊條的烘烤采用遠紅外焊條烘干機（型號ZYH-100）,其焊條的烘烤溫度為 350 C 380 C,烘烤時間為1小時。焊條從烤箱中取出后必須放進保溫桶 內

18、使其焊條能保持恒溫，做到隨取隨用。焊條冷卻了就不能使用，如要使用必須重新烘烤， 要注意焊條烘烤不能超過兩次，超過兩次后就不能使用。焊條發(fā)放必須做好書面記錄。5.2.5管道焊縫的預熱預熱可以說是 15CrMoG耐熱鋼焊接時最重要的措施。不但正式焊接時要預熱，進行定位焊或焊接組裝用的卡具時也應同樣進行預熱。以免在定位焊或焊接卡具處產生裂紋。因此必須正確地選擇預熱溫度和方法。根據(jù)焊接工藝評定結果其施工15CrMoG耐熱鋼高溫高壓蒸汽管道的預熱方法為：用手工操作法即用氧氣乙炔火焰均勻加熱，預熱時應使焊口兩側及內外 壁的溫度均勻，以防止局部過熱，邊加熱邊用紅外線測溫儀（可測-30 900 C）控制其預熱

19、溫度。預熱溫度為150 C 200C，如焊縫需返修其預熱溫度應比原來高。5.2.6管道的焊接及保持層間溫度因為15CrMoG耐熱鋼的裂紋傾向較大，所以在焊接時應設法減小焊縫的拘束度，盡量在 自由狀態(tài)下焊接，以免因剛性過大而引起過大的內應力導致焊縫產生裂紋。為此，除了要求班組在施工時要嚴格按照焊接工藝指導書的焊接順序和方向施焊外，還要注意不可對焊件進 行強制性固定。所以在施工時先將管道在自由狀態(tài)下對接好，并且坡口達到要求及焊縫預熱 溫度（150C200C）符合要求后方可施焊，焊縫分為四層：第一層為鎢極氬弧焊打底，第二、 三、四層為焊條電弧焊蓋面。焊接過程中的層間溫度不應低于其預熱溫度，這樣才能保

20、證焊 接接頭不致產生淬硬甚至裂紋。但也不能過高，以免過燒，使晶粒粗大，降低性能。（很明顯，保持層間溫度有和焊前預熱同樣的作用。如果只注意預熱而不保持層間溫度，那么預熱也就 失去了意義。因為預熱只能保證第一層焊縫的施焊溫度，在以后各層施焊時，層間溫度就是 其預熱溫度。）每焊完一次必須用砂輪機清根以防止夾渣。焊縫最好一次成型，如有斷續(xù)焊 縫必須重新預熱。在氬弧焊時，應做好防風措施以防止焊縫產生氣孔。每焊完一道焊縫必須 用保溫材料將焊縫包裹好，以防止焊縫冷卻太快產生裂紋。5.2.7焊縫的探傷檢測根據(jù)規(guī)范及設計要求焊縫做100%勺超聲波檢驗、25%勺焊縫做射線照相檢驗（其中方型補償器做100%射線照相

21、檢驗）。檢驗不合格的焊縫應進行返修，返修前進行質量分析，分析造成 不合格的原因，針對原因采取對應措施。當同一部位的返修次數(shù)超過兩次時，應制定返修措 施并經焊接技術負責人審批后方可返修。補焊工藝應與原焊接工藝相同。5.2.8焊縫的熱處理15CrMoG耐熱鋼焊后必須進行熱處理，而且應盡快進行。 因為15CrMoG耐熱鋼產生的裂紋帶有延遲性，也就是焊后當時不裂，待焊件冷卻一段時間后才出現(xiàn)裂紋。而焊后立即進行熱 處理是避免延遲裂紋的最有效措施。其焊后熱處理工藝方法是：a、當用加溫設備將溫度升到400C以上時加熱速度應不大于330C/h ; b、焊后熱處理恒溫時間應為每25mm壁厚恒溫1小時，且不得少于

22、15分鐘，在恒溫期內最高與最低溫度應低于65C； c、恒溫后的冷卻速度不5.2.8-1.應大于260C/h , 400C以下自然冷卻。其熱處理曲線圖及現(xiàn)場熱處理圖片如下圖圖528-1熱處理曲線圖5.2.9焊縫硬度檢測當對15CrMo管道經過熱處理后應及時用硬度儀（牌號HLM-100）測量焊縫及熱影響區(qū)的硬度值，其硬度值應符合設計文件規(guī)定。15CrMoG管道焊縫不宜大于母材硬度 （布氏硬度HB170） 的125%即不大于HB212.5;熱影響區(qū)的硬度值不大于母材硬度（布氏硬度HB170）;檢驗數(shù)量不應少于熱處理焊口總數(shù)的10%如用硬度儀測得的哪條焊縫及熱影響區(qū)的硬度值不符合要求，則應及時進行重新

23、熱處理，處理方法同第5項一樣。5.2.10管道試壓、保溫、吹掃以上所有工序全部合格后即可按規(guī)范及圖紙要求進行試壓、保溫、吹掃及送氣運行。6材料與設備6.1施工用主要設備一覽表序號機械或設備 名稱型號規(guī)格數(shù)量國別 產地制造 年份完好情 況備注1電焊機BX2-100010臺完好自有2氬弧焊機8臺完好自有3遠紅外焊 條烘干機ZYH-1001臺溫州電焊機 廠2000 年完好自有4X射線探傷機XXQ-30051臺遼寧丹東2005 年完好自有5X射線探傷機XXQ-25051臺遼寧丹東2005 年完好自有6超聲波探傷儀CTS-222臺2000 年完好自有；7紅外線測溫儀2臺2001 年完好自有8電加熱控制儀

24、ZWK-1-301臺2005 年完好自有9硬度檢測儀HLM-1001臺2001 年完好自有10汽車起重機8t1臺1999 年完好自有6.2施工用主要工機具及材料一覽表序號主要機具名稱規(guī)格型號數(shù)量備注1磨光機10臺2手動倒鏈1-20t5臺3千斤頂1-300t5臺4鋼盤尺50m3把5鋼板尺1m5把6水平尺0.02mm5把7卡環(huán)各種10個8溫度計3只98mm厚鋼板2張10焊絲PP.TIG-R30100kg焊條CHH307300kg11干粉滅火器10臺12氧氣瓶80瓶13乙炔瓶80瓶7質量控制7.1施工前對作業(yè)班組全體成員認真做好技術交底、現(xiàn)場交底，要求班組及時熟悉圖紙，掌 握焊接順序及質量要求，并嚴

25、格按施工方案進行施工。7.2成立質量技術監(jiān)督小組，堅持開展質量周檢查活動，對施工中出現(xiàn)不按規(guī)范和不符合設 計要求的質量問題，應督促班組及時整改。7.3設備、管道安裝應參見設計安裝技術要求及安裝說明。同時應滿足以下現(xiàn)行冶金行業(yè)規(guī) 范的相關規(guī)定：7.3.1工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范GB50235-97 ；7.3.2現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范GB50236-98；7.3.3管道焊接技術化學工藝出版社；7.3.4壓力管道焊接學苑出版社；7.3.5焊接手冊（材料的焊接）第二版機械工藝出版社；7.3.6鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級GB3323-87；7.3.7鋼焊縫手工超聲波探傷方

26、法和探傷結果分析GB11345-89 ；7.4安裝前必須對管道支架標高、定位軸線、基礎軸線等進行檢查，軸線標志及標高基準點 應準確。7.5現(xiàn)場安裝焊接的電、氣焊工必須考試合格，并取得相應的操作證方可上崗作業(yè)。7.6焊縫出現(xiàn)裂紋時焊工不得擅自處理，待查清原因，制訂出修補工藝后方可處理。并且同 一焊縫部位返修次數(shù)不宜超過兩次，如超過兩次應按返修工藝進行。焊接完畢，焊工應將焊 縫表面的溶渣及兩側飛濺物清除干凈，檢查焊縫外觀質量，合格后在工藝規(guī)定焊縫及部位打 上焊工鋼印。8安全措施8.1參加現(xiàn)場施工人員都必須接受安全技術教育，開工前由安全科結合現(xiàn)場施工情況負責 安全教育。對新進場的工人必須進行兩級安全

27、教育；工地由安全員負責；班組由兼職安全員 負責。8.2施工現(xiàn)場設專職安全員，班組設兼職安全員。對本職管轄范圍應經常進行安全檢查，貫 徹安全技術措施的實施，對本管轄范圍安全負全面責任。8.3施工現(xiàn)場應懸掛安全標志牌，危險吊裝地帶應設安全路障或掛牌明示，并劃出安全界區(qū)。夜間施工應有紅燈警示。8.4電焊機二次線，地線禁止與鋼絲繩接觸，不得用鋼絲繩和施工安裝設備來代替零線， 所有線接頭必須固緊。8.5乙炔瓶必須經常檢查瓶口閥門無漏氣，不得與氧氣瓶同放一處，氣割或施焊的位置應 離開易燃易爆物距離大于10m不得放在施焊或切割作業(yè)的正下方。8.6氧氣瓶不得在烈日下曝曬，并應防止油類污染，在臨時場所施工時，氧氣瓶上應設臨時 棚架遮蓋之。8.7從事咼空作業(yè)人員應進行體格檢查，患有咼血壓、心臟病及不適宜咼空作業(yè)人員不得 從事高空作業(yè)。采用立梯高空作業(yè)，踏步不得缺層，上部應綁牢。采用人字梯高空作業(yè)時， 擋踏處應用繩索系牢，保持人字梯、立梯架設坡度在35。與60之間，柱子根部應采取防