管式加熱爐1Cr5Mo鋼輻射盤管焊縫熱處理

1、管式加熱爐1cr5mo鋼輻射盤管焊縫熱處理 摘 要：本文對管式加熱爐1cr5mo鋼輻射盤管焊縫熱處理技術(shù)要求進(jìn)行了全面論述。根據(jù)1cr5mo鋼輻射盤管焊縫存在的缺陷，通過制定合理的熱處理工藝，有效改善1cr5mo輻射盤管焊縫的綜合力學(xué)性能，保證管式加熱爐安全運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：管式加熱爐 1cr5mo輻射盤管 焊縫 熱處理 管式加熱爐是目前在石油化工、石油煉制、煤化工、焦油加工等工業(yè)中廣泛用于化工產(chǎn)品加熱的設(shè)備。目前，大多管式加熱爐中的輻射盤管用1cr5mo鋼管在施工現(xiàn)場焊接而成，采用的焊條是與1cr5mo鋼母材金屬相近的r507焊條，因而其焊接接頭具有與母材的組織和極為相近的力學(xué)性能，使用中無明

2、顯合金元素?cái)U(kuò)散和碳遷移的問題。但焊縫處會(huì)形成冷裂敏感的顯微組織，焊接接頭處存在殘余應(yīng)力，過熱區(qū)容易產(chǎn)生再熱裂紋，具有明顯的回火脆性。為了提高焊縫以及周圍熱影響區(qū)綜合力學(xué)性能，輻射盤管必須進(jìn)行焊后熱處理以消除焊接殘余應(yīng)力，改善焊縫組織，提高接頭的高溫蠕變強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，降低焊縫以及周圍的熱影響區(qū)的硬度，保證管式加熱爐安全運(yùn)行。 一、1cr5mo盤管的工作條件與技術(shù)要求 管式加熱爐是目前在石油化工、石油煉制、煤化工、焦油加工等工業(yè)中廣泛用于化工產(chǎn)品加熱的設(shè)備，管式加熱爐輻射盤管內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)多為高溫、高壓及有腐蝕性的原油、凝縮油、汽油、柴油等，因此輻射盤管應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性及抗腐蝕性能。 二、

3、管式加熱爐 1cr5mo鋼輻射盤管的結(jié)構(gòu) 管式加熱爐 1cr5mo鋼輻射盤管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，輻射盤管采用急彎彎管和直管通過焊接而成。 圖1 管式加熱爐輻射盤管的結(jié)構(gòu)示意 三、1cr5mo鋼輻射盤管焊縫熱處理工藝 根據(jù)對母材1cr5mo鋼的化學(xué)成分（見下表）的分析以及焊接工藝的相關(guān)規(guī)定，1cr5mo輻射盤管焊接采用手工鎢極氬弧焊打底，打底焊時(shí)管道內(nèi)部應(yīng)充氬氣保護(hù)；填充及蓋面焊采用焊條電弧焊。氬弧焊焊絲選用：h1cr5mo，焊條電弧焊焊條選用母材金屬相近的r507焊條，其焊接接頭具有與母材的組織和極為相近的力學(xué)性能，使用中無明顯合金元素?cái)U(kuò)散和碳遷移的問題。 表 1cr5mo鋼的化學(xué)成分（%） 碳

4、c 硅si 錳mn 硫s 磷p 鉻cr 鉬mo 鎳ni 0.15 0.50 0.60 0.035 0.030 4.00 6.00 0.450.60 0.60 1.焊縫缺陷分析與對策 1cr5mo鋼是一種低合金耐熱鋼，熱處理后有淬硬傾向，因此在焊接時(shí)會(huì)形成冷裂敏感的顯微組織；同時(shí)1cr5mo鋼含有cr、mo等強(qiáng)烈的碳化物形成元素，因此在焊縫接頭的過熱區(qū)容易產(chǎn)生再熱裂紋，具有明顯的回火脆性。且焊縫及熱影響區(qū)存在焊接殘余應(yīng)力，組織不穩(wěn)定，綜合力學(xué)性能比母材降低。 因此，為了管式加熱爐安全運(yùn)行，輻射盤管在無損檢測合格后及時(shí)進(jìn)行熱處理，以消除焊接殘余應(yīng)力，改善焊縫組織，提高接頭的高溫蠕變強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性

5、，降低焊縫以及周圍的熱影響區(qū)的硬度，提高焊縫以及周圍熱影響區(qū)綜合力學(xué)性能。 2.焊縫熱處理工藝分析 根據(jù)1cr5mo鋼輻射盤管工作條件分析，輻射盤管應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性及抗腐蝕性能。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，1cr5mo鋼輻射盤管焊接熱處理后的硬度要求：焊縫處270hb，熱影響區(qū)270hb，母材241hb。因而為保證焊縫及熱影響區(qū)的綜合力學(xué)性能達(dá)到要求，必須制定合理的焊后熱處理工藝。經(jīng)驗(yàn)表明，焊后及時(shí)進(jìn)行消應(yīng)力高溫回火處理（熱處理工藝如圖2所示）可保證焊縫及熱影響區(qū)的綜合力學(xué)性能達(dá)到要求。 圖2 熱處理工藝曲線 （1）加熱速度：升溫至300后，加熱速度不大于220/h 。 （2）恒溫溫度和時(shí)間：恒溫期間

6、各測點(diǎn)的溫度均應(yīng)在750780范圍內(nèi)，恒溫時(shí)間2小時(shí)。 （3）冷卻速度：恒溫后的冷卻速度不大于260/h。冷卻至300后可自然冷卻。 3.熱處理實(shí)施要點(diǎn) （1）熱電偶測頭安置在焊縫部位，焊縫及其左右30mm纏繞繩索加熱器。 （2）在最外層包裹保溫棉，電纜、電線連接如圖3所示。 （3）根據(jù)1cr5mo焊縫熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整智能溫控柜熱處理工藝參數(shù)（加熱速度、恒溫溫度、恒溫時(shí)間、冷卻速度）。 4.焊后熱處理質(zhì)量檢測 1cr5mo鋼輻射盤管在焊接質(zhì)量保證合格的前提下，一般可在校驗(yàn)熱處理溫度記錄曲線合格以后，以1cr5mo鋼接頭的硬度作為焊后熱處理質(zhì)量評定指標(biāo)，判定熱處理質(zhì)量是否合格。 圖3 1cr

7、5mo輻射盤管熱處理示意圖 （1）硬度檢查的位置：每條焊縫不少于l處，每處各測焊縫、熱影響區(qū)（應(yīng)緊鄰熔合線）、母材三點(diǎn)。 （2）硬度標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)焊后熱處理的焊縫和熱影響區(qū)進(jìn)行100%硬度值測定，焊縫及母材上焊接熱影響區(qū)的硬度值不應(yīng)超過225hb，當(dāng)硬度超過規(guī)定時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行熱處理，并仍需作硬度測定。 5.熱處理注意事項(xiàng) （1）焊后熱處理溫度的選擇。焊后熱處理溫度的選擇應(yīng)確保近焊縫區(qū)組織的改善，將殘余應(yīng)力降低到最低限度，使母材與接頭的力學(xué)性能不會(huì)降低到設(shè)計(jì)要求以下，避免在回火脆性和裂紋傾向敏感溫度范圍進(jìn)行。1cr5mo鋼輻射盤管焊后熱處理溫度應(yīng)選擇在750780范圍內(nèi)。 （2）熱處理恒溫時(shí)間的選擇。根據(jù)1cr5mo鋼成分和輻射盤管壁厚分析，參照熱處理的相關(guān)規(guī)范，熱處理恒溫時(shí)間應(yīng)不小于2小時(shí)。若熱處理恒溫時(shí)間不充足會(huì)造成接頭硬度偏高，導(dǎo)致焊接接頭仍有一定的脆性傾向。 （3）熱處理加熱范圍。熱處理加熱范圍為焊縫兩側(cè)各不少于焊縫寬度的3倍，且不少于25mm。加熱范圍以外100mm區(qū)域內(nèi)應(yīng)予以保溫，管道兩端應(yīng)封閉。 四、總結(jié) 制定合理的焊后熱處理工藝，特別是熱處理的加熱速度、恒溫溫度、恒溫時(shí)間以及冷卻速度是提高管式加熱爐1cr5mo鋼輻射盤管焊縫和熱影響區(qū)綜合力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，1cr5mo鋼輻射盤管焊后熱處理是確保管式加熱爐安全運(yùn)行的重要工藝。 參考文獻(xiàn)： 1樊東黎等.熱處理技術(shù)手冊m