10CrMo910 厚 壁 管 焊 接 技 術(shù)

1、10CrMo910 厚 壁 管 焊 接 技 術(shù)李俊摘要10CrMo910厚壁管廣泛用于輸送540的高溫蒸汽，本文結(jié)合某石化工廠超高壓蒸汽管道的施工，分析了10CrMo910鋼的可焊性，從焊接工藝評定、現(xiàn)場焊接與檢驗、焊后熱處理等方面總結(jié)了壁厚28mm的該材質(zhì)厚壁管的焊接技術(shù)經(jīng)驗。110CrMo910鋼的特性        某石化企業(yè)技術(shù)改造中新增加一條超高壓蒸汽管，材質(zhì)為德國DIN17175-79耐熱鋼10CrMo910。該管道設(shè)計溫度為535，設(shè)計壓力為13.2MPa，管材直徑213mm、壁厚28mm，需在現(xiàn)場進行組對焊接

2、。10CrMo910鋼的機械性能和化學(xué)成分分別見表1、表2。表110CrMo910鋼機械性能屈服(MPa)抗張(MPa)延伸(%)沖擊(J/cm2)38051028.0224表210CrMo910鋼化學(xué)成分元素CSiMnSPNiCrMoCuVTiAlW含量(%)0.110.330.520.0210.0120.042.311.000.0500.010.010.0200.01010CrMo910鋼為珠光體的耐熱鋼，在英、美、德、日等國得到廣泛應(yīng)用，我國主要用于制造壁溫在590以下的過熱器及壁溫為540左右的集箱和蒸汽管道。從大量積累的火電廠運行和高溫性能試驗數(shù)據(jù)可知，該鋼具有良好的焊接性，對熱處理

3、不太敏感，能在大截面上得到均勻組織，持久塑性好，當(dāng)延伸率達3%5%時，蠕變速率才開始增加，進入蠕變的第三階段。因此，該鋼在運行中具有可靠的安全性。210CrMo910鋼焊接中的問題2.1具有較大淬硬傾向根據(jù)國際焊接學(xué)會推薦的公式算得該鋼的碳當(dāng)量：這表明，該鋼具有較大淬硬傾向。按照“等成分”原則，10CrMo910管采用手工電弧焊，選用R407焊條(HD5mL/100g)，依據(jù)伊藤和別索提出的焊縫冷裂敏感指數(shù)Pc計算式可知：式中HD擴散氫含量值，取5mL/100gh焊縫高度值，取28mmPcm裂紋敏感性系數(shù)相應(yīng)的預(yù)熱溫度Ty為：Ty=1440Pc-392=1440×0.462-392=

4、273()由上述分析可知，由于10CrMo910鋼有較大淬硬傾向，且管壁厚有較大拘束度，焊接時容易產(chǎn)生冷裂紋。為此采取的措施是：焊前必須進行預(yù)熱，采用低氫型焊條焊接，焊后進行去氫熱處理。2.2易產(chǎn)生再熱裂紋由于10CrMo910鋼內(nèi)S、P雜質(zhì)含量很低，只要嚴格控制焊材的S、P雜質(zhì)含量，一般不易產(chǎn)生熱裂紋。試驗證實，焊縫成型系數(shù)(即焊縫的寬高之比)越小，越容易產(chǎn)生縱向熱裂紋；當(dāng)焊接線能量超過50kJ/cm時，也易產(chǎn)生熱裂紋。10CrMo910鋼含有較多的合金元素，焊后熱處理工藝不當(dāng)時，容易產(chǎn)生再熱裂紋。因此，嚴格控制焊縫中S、P、Pb等雜質(zhì)，減少應(yīng)力集中，嚴格控制焊接線能量。3焊接工藝評定采用手

5、工鎢極氬弧焊打底、手工電弧焊填充蓋面的焊接方法，選用冶金部鋼鐵研究總院研制的H08Cr2.25Mo1A焊絲和E6015-B3(R407)焊條。按照JB4780-92標(biāo)準(zhǔn)進行水平固定和垂直固定兩組焊接工藝評定。焊材化學(xué)成分見表3，焊接工藝參數(shù)見表4，焊接接頭力學(xué)性能見表5。 表3焊材化學(xué)成分焊材牌號直徑 (mm)元 素 含 量(%)CSiMnPSCrMoTi焊絲H08Cr2.25Mo1A3.00.0820.040.590.0100.00352.630.990.03焊條E6015-B3(R407)3.20.0660.270.830.0200.0092.421.13/4.00.0670.400.82

6、0.0180.0062.501.19/表4焊接工藝參數(shù)焊接位置焊接方法焊材焊縫焊接電源焊接電壓(V)焊接速度(cm/min)線能量(kJ/cm)牌號直徑(mm)層次焊道極性電流(A)水平固定試件(圖1)TIGH08Cr2.25Mo1A31正接10012013143.55.51827SMAWE6015-B3(R407)3.22反接75852223571620385100232457202644反接12014024256826315140150242546395066713515024254637487891401502425463748810111401502425573239垂直固定試件(圖2

7、)TIGH08Cr2.25Mo1A  31正接1101201415471824SMAWE6015-B3（R407）3.22反接100110232414169123341001102324121791345710011023241317912GB/T27925810反接15016025261017122361114155165252610171623715191551652526101716238202415516525261520121792530155165252615201217預(yù)熱溫度：152預(yù)熱溫度：154層間溫度：150162層間溫度：153240   后熱溫度：

8、300(1h）后熱溫度：300(1h)焊后熱處理溫度：720(2h）焊后熱處理溫度：720(2h)圖1水平固定焊接位置圖2垂直固定焊接位置表5力學(xué)性能數(shù)據(jù)取樣位置抗拉強度(MPa)斷裂部位彎曲試驗室溫V型沖擊功(J)硬度HV10焊縫熱影響區(qū)母材焊縫中心熱影響區(qū)水平固定焊口565母材合格170，176，150(外壁)164，180，147(外壁)158，154198，198，202，199，202，200，167179，140，150(內(nèi)壁)195，196，220(內(nèi)壁)197178，155，180，170，173垂直固定焊口565母材合格212，204，196(外壁)207，227，202(外

9、壁)165，164209，208，180，188，194，190，186162，155，196(內(nèi)壁)220，198，193(內(nèi)壁)220198，205，198，180，1704現(xiàn)場焊接4.1坡口與組對10CrMo910耐熱鋼采用氧乙炔火焰切割下料，由于管壁較厚，用機械方法加工成雙V型坡口，在現(xiàn)場用角向磨光機對坡口進行修磨即可，注意彎頭、三通的坡口容易偏厚，必須對其內(nèi)坡口進行倒角。對坡口及相鄰內(nèi)外側(cè)進行PT檢查，合格后才可以進行組對點固焊。為了避免損壞坡口，導(dǎo)致焊縫根部產(chǎn)生缺陷，采用坡口中部引橋點固法。用氧乙炔火焊中性焰對點固焊的位置進行預(yù)熱，用氬弧焊點固管口六點(均布)，點固焊縫高34mm、

10、長約25mm，即可保證點固牢固。4.2打底焊10CrMo910管采用手工鎢極氬弧焊(TIG)H08Cr2.25Mo1A焊絲打底。焊前采用電加熱法對坡口兩側(cè)進行預(yù)熱，可降低焊縫殘余應(yīng)力，減少根部淬硬傾向。從焊接工藝評定可知，焊縫管內(nèi)壁沖擊值比管外壁小得多。因此，提高預(yù)熱溫度對10CrMo910管焊接接頭有利，但預(yù)熱溫度過高，焊工將無法操作?，F(xiàn)場氬弧焊打底時，進行200、40min的焊前預(yù)熱。由于10CrMo910管壁較厚，拘束度大。TIG打底層應(yīng)厚一些(34mm)，并要求收弧時填滿弧坑，在坡口上收弧，防止焊縫根部產(chǎn)生裂紋。打底焊結(jié)束后，用角向磨光機磨去點固焊點。4.3填充、蓋面焊與探傷打底焊結(jié)束

11、并檢查焊縫無缺陷后，立即用手工電弧焊進行填充。規(guī)范要求耐熱鋼焊接時要連續(xù)施焊，由于管壁厚坡口較寬，連續(xù)施焊時線能量容易超出評定值，這樣，接頭金屬組織將變得粗大。為了控制線能量，層間溫度必須控制在200300之間，嚴格按照焊接工藝進行多道焊。10CrMo910管壁較厚，其焊縫缺陷返修和焊縫RT探傷難度大，現(xiàn)場填充焊三層，焊縫厚約15mm時，進行300、1h的焊后熱處理，24h后進行100%RT探傷，合格后重新預(yù)熱繼續(xù)焊接，完成填充蓋面焊進行300、1h的焊后熱處理，24h后進行100%UT探傷。通過進行兩次后熱，減少了焊縫中的擴散氫，降低了接頭的焊接應(yīng)力，也使預(yù)熱溫度比規(guī)范規(guī)定(250350)有所降低，便于手工氬弧焊操作。 5焊后熱處理10CrMo910管焊后熱處理種類很多，資料表明，對10CrMo910鋼進行充分回火，長時間在550下使用，看不到有持久強度急劇下降的現(xiàn)象。因此，對10CrM