鉻鉬鋼施工技術及質量控制措施

摘

淺談鋼道焊接裂紋的控制措施要：石油化工裝置高溫管道很多都采用1Cr5Mo耐熱鋼管，它在高溫下有很好的抗氧化性和熱強性，但是1Cr5Mo淬硬傾向大，焊接性較差，如果焊接工藝不當工藝紀律不嚴格極易產生裂紋本文簡要分析鉻鉬耐熱鋼焊接裂紋產生的主要因素,并有針對性地從焊材管理、焊工管理、預熱、焊接工藝及過程控制、后熱、焊后熱處理、無損檢測等方面提出了控制鋼裂紋產生的幾項措施,為確保1Cr5Mo鋼焊接質量提供了有力的保證。關鍵詞鋼焊接裂紋

質量控制措施1

前言鑒于1Cr5Mo鋼淬硬傾向大屬于裂紋敏感性材料焊后容易產生延遲裂紋，而且鉻鉬鋼幾乎均是用在高溫部位旦焊縫出現裂紋將給裝置帶來極大的安全隱患，甚至產生重大事故，所以對1Cr5Mo鋼的焊接裂紋控制就顯得尤為重要，也是本文研究的關鍵所在。21Cr5Mo鋼焊裂紋產的主要因素析211Cr5Mo鋼淬硬傾向鋼的淬硬傾向主要取決于化學成分壁厚焊接工藝和冷卻條件等焊接時鋼的淬硬傾向越大，越容易產生裂紋。1Cr5Mo鋼的化學成分和機械性能見表1和表2示。表11Cr5Mo鋼的化學成分（（SH/T3520-2004）≤0.15

Mn≤0.60

Si≤0.50

≤0.035

≤0.035

Mo0.45-0.60表2鋼的機械性能（SH/T）抗拉強度σbMPa390～590

屈服強度σsMPa≥195

伸長率σs%≥

布氏硬度HB≤187由上表所示可知，1Cr5Mo鋼的化學成分中的主要合金元素即為鉻和鉬，這就決定了鉻鉬鋼具有淬硬傾向，焊接時就容易產生裂紋。22焊接接頭的應力影響由于焊接時不均勻加熱及冷卻過程中產生的熱應力和結構自身拘束條件所/9造成的應力,引起氫的聚集,發(fā)延遲裂紋。23氫的作用焊接接頭的含氫量越高,則裂紋的敏感性越大接時在高溫作用下將有大量的氫溶解在熔池中,在隨的冷卻和凝固過程中由于溶解度的急劇降低,極力逸出,但因冷卻很快,使氫來不及逸出而留在了焊縫金屬中氫聚集到一定濃度時,就會破壞金屬中原子的結合鍵,使金屬內出現一些微觀裂紋應力持續(xù)作用下,氫不斷聚集,微觀裂紋不斷擴展,直接發(fā)展為宏觀裂紋,最后斷裂接材料中的水分件坡口處的鐵銹油以及環(huán)境濕度等等都是焊縫中含氫的原因。3

減少裂產生的控制施綜上所述由產生裂紋的主要因素可知要控制裂紋的產生就要通過有效的減少氫源、降低淬硬傾向對焊口的影響及消除焊口焊接應力，因此對于1Cr5Mo鋼的施工要嚴格把握焊接工藝要點對焊接材料領用焊口預熱焊接工藝及后熱等工序采取強有力的控制措施。3.1減少氫源措施焊縫中的氫主要來源于母材和焊接材料母材和焊絲中的鐵銹油污等在焊接高溫下產生氫，擴散到焊縫中去，因此可以通過以下措施減少氫源。3.1.1選用合格的低氫型焊條檢查進場焊材材料質量證明文件確保焊接材料合格。3.1.2焊條使用前應按焊條說明書進行烘烤，并有烘烤記錄。3.1.3焊絲使用前必須清除銹斑和污油并露出金屬光澤。3.1.4烘好的焊條領用后超過4小時不用或未使用完時重新烘烤且烘烤次數不得超過兩次。3.1.5坡口切割及加工宜采用機械加工，當使用氧、乙炔火焰切割時，必須清除熔渣、氧化皮及表面淬硬層。3.1.6組對前應將坡口及其內外表面不少于20mm圍內的油污、氧化皮、銹等清除干凈，并用砂輪打磨直至露出金屬光澤。3.2降低淬硬傾向影響的措施由于1Cr5Mo鋼具有淬硬傾向性，焊接性較差，容易出現裂紋，致使其焊接工藝比較復雜，通過有效的控制焊接工藝才能防止或降低裂紋出現的幾率。3.2.1焊接方法及焊接材料/9(1)焊接方法管道焊口焊接時，一般采用單面焊雙面成型，若背面成型不好，存在咬邊、未融合及未焊透等缺陷時，就會明顯增1Cr5Mo的冷裂紋敏感性。為提高背面成型質量，一般采用氬電聯焊焊接技術，當公稱直徑小于時（壁厚小于6mm）也可以采用全氬焊接，承插口焊口可直接采用手工電弧焊焊接。(2)焊接材料選定為保證焊接接頭與母材具有相同的高溫蠕變強度和抗氧化性，焊縫金屬必須具有與母材相當的鉻、鉬含量。而且必須依據合格的焊接工藝評定來選定焊接材料，合格評定見表3表31Cr5Mo鋼焊口焊接的評定2010年接工藝評定匯編QBFCC/TS06.41-2010）評定編號

試件材質

試件規(guī)格（）

焊接方法

適用焊件厚度(mm)

焊縫金屬厚度(mm)

焊接材料1430AWA-MV

δ=7

GTAW/SMAW

1.5~14

：SMAW：0~8

R5070712AWA-MV

GTAWφ273×129~24SMAW

：SMAW

(H10Cr5MoVA)0704AWA-MV0703AWA-MV

φ323×22φ48.3×5

GTAWSMAWGTAWSMAW

16.5~441.5~10

：SMAW：SMAW：0~6

(H10Cr5MoVA)(H10Cr5MoVA)為避免焊材用錯要嚴格焊材的管理：焊材應派專人負責保管、發(fā)放、回收，并有詳細記錄；

焊工領取焊條必須有專職施工技術員簽字確認；現場施工點藥進行隨機檢查；3.2.2嚴格進場焊工的控制及管理焊工是保證焊接質量的決定性因素，焊工質量的高低直接影響焊口的焊接質量。為了保證鉻鉬鋼的焊接質量，項目需要成立專門的焊工考試中心，要求焊工除了必須按照《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則》取得焊工合格證外，還需要通過項目焊工考試中心考試合格并獲得項目的《焊工合格證》后方可進入現場施焊。3.2.3焊前檢查/9焊接前應對加工后坡口及內外表面20mm圍內進行表面檢查，必要時應按JB4730進行磁粉或滲透檢測，以確保坡口表面不得有夾雜、裂紋、分層等缺陷。3.2.4焊前預熱預熱可以改變焊接過程的循環(huán)，遏制或減少淬硬組織的形成，減少焊接殘余應力，使氫易于從焊接接頭中擴散出來，從而降低延遲裂紋傾向，是防止鉻鉬鋼焊接接頭產生延遲裂紋和再熱裂紋的有效措施之一。預熱宜采用電加熱片加熱，當焊口小DN150，也可以采用氧乙炔火焰加熱，但必須保證熱透且溫度均勻。預熱升溫應緩慢而均勻，防止局部過熱，火焰加熱采用數字觸點式溫度計，檢測預熱溫度測點應均勻分布。電加熱預熱溫度的測量用熱處理設備上的熱電偶測量。預熱范圍應以對口中心線為基準，兩側各不小3倍壁厚，且大于等于50mm。1Cr5Mo的預熱溫度要求250-300O。3.2.5焊接技術要求1Cr5Mo鋼接頭焊接，當達到預熱溫度并持5min后應立即進行底層焊道的焊接且應一次連續(xù)焊完。焊接底層焊道時應封住管口免管子內形成穿堂風響焊接質量。(3)底層焊道焊完后，應立即進行下一層的焊接且應連續(xù)焊完，如中斷焊接應立即進行

O

C間不少于的后熱處理，然后保溫緩冷。中斷后繼續(xù)施焊應重新預熱。(4)多層焊接時層間溫度應等于或略高于預熱溫度，否則應予以加熱。(5)每層焊縫接頭應錯開，層間清渣要徹底。焊接時應在坡口內引弧，嚴禁在非焊接部位引弧。焊工焊完口后應立即自檢，若外觀有缺陷要立即補焊、修整，合格后進行后熱或熱處理。3.3消除焊口焊接應力的措施3.3.1焊后后熱后熱也就是一種消氫處理措施能有效的減小焊縫中氫的有害影響降低焊/9接殘余應力避免焊接接頭中出現馬氏體組織從而防止氫致裂紋的產生因此在焊接接頭完成后不能立即進行熱處理的焊口應必須進行后熱處理,后熱溫度為200-350O

C，時間不少于分鐘，然后保溫緩冷。3.3.2焊后熱處理1Cr5Mo鋼焊口的焊后熱處理就是指對焊口進行高溫回火，利用金屬高溫下強度的降低而把彈性應變轉變成塑性應變以達到消除焊接殘余應力的目的同時改善金屬組織提高接頭的綜合力學性能不同材質的回火溫度要求不同所以必須按照熱處理工藝的要求控制熱處理溫度。焊后應立即進行熱處理熱處理采用電加熱方法在熱處理過程中應能準確地控制加熱溫度且使焊件溫度分布均勻。熱處理的加熱范圍以焊縫為中心，兩側各不小于焊縫寬度的三倍（且不小于25mm熱區(qū)以外的范圍內應予以保溫。溫度控制準確，熱處理過程中恒溫溫度偏差不應超過25℃，且不超過熱處理溫度范圍測溫元件采用熱電偶并用自動記錄儀記錄熱處理曲線測溫點設在加熱區(qū)且不少于1點。不同材質焊接接頭之間熱處理溫度按合金含量高者下限要求，不同厚度的按厚者要求進行。焊后熱處理應按規(guī)范要求參數嚴格的控制升溫、恒溫和降溫過程。在國內多采用的是鎧裝熱電偶與被測件直接捆綁進行測量這樣會使測量溫度與實際溫度有些偏差所以在設定熱處理恒溫溫度要比要求的溫度偏高OC為宜，但不能高于工藝要求的最高溫度。規(guī)范要求的參數見表表4焊口熱處理參數SH/T3520-2004、SH3085-1997分類升溫速度

參數溫度在300℃下時不控制；升溫至300℃后，升溫速度不超過5125/δ℃/h，不應大于220；恒溫溫度750~780℃恒溫時間

工藝管道每毫米壁厚恒溫3min，不少于30min；爐管恒溫時間不少于1h；1.恒速度的冷卻速度不得超過δ℃/h且不大于℃/h；冷卻速度2.爐要求冷卻速不大于275℃/h3.300℃下后不用控制/9(6)熱處理后的硬度測定熱處理后硬度抽查比例為熱處理焊口總數的且不少于1處每處測點見下圖：

測量硬度值應符合如下要求：爐管≤241；其他管道HB≤300硬度值超過規(guī)定應加倍檢查并查明原因對不合格的焊口從新進行熱處理并做硬度測試。3.4加強裂紋的檢測工作及焊口返修措施3.4.1無損檢測要求及管理工藝管道焊口熱處理后要按照設計要求進行無損檢測，焊口的無損檢測必須在焊口熱處理完成且焊口焊接完成24小時之后進行。要從檢測人員管理、檢測工藝、檢測時機、點口覆蓋性、返修、擴探及隨機抽檢等方面加強質量控制確保無損檢測的質量符合要求同時要有專門的無損檢測高級成員組對RT底片進行100%復審對可疑底片進行進一步確認或進行復測。3.4.2焊后返修焊后經檢測不合格的焊口必須予以返修，返修時焊接工藝與正式焊焊接工藝相同。焊后檢測出裂紋及其它共性缺陷時應首先分析產出原因再進行返修。(3)返修焊口標位應由探傷人員進行，根部缺陷應確定在焊縫的哪一側。(4)清除缺陷后應進行著色檢查，確認無疑留缺陷后方可施焊。(5)同一部位的返修次數不宜超過兩,經過兩次返修仍不合格的焊縫,如需再進行返修應編制返修工藝措施,經施工單位技術總負責人批準后方可實,并將焊縫返修次數部位和無損檢測等結果記入焊縫返修記錄返修后仍按原規(guī)定方法檢測。/93.5質量保證措施3.5.1建立健全質量保證體系，確定質量責任制。3.5.2認真管好計量器具，保證工程計量的有效性和準確性。3.5.3嚴格施工工藝紀律，對預熱、層間溫度控制、焊后后熱、焊后熱處理及探傷做好連續(xù)監(jiān)控，以確保工程質量。3.5.4施工應在熱處理設備調試完畢后進行，焊后及時進行熱處理。3.5.5嚴格工序管理，上道工序檢查合格后方可進行下道工序施工。3.5.6加強施工環(huán)境的監(jiān)測，當出現不利天氣時應及時采取措施。3.5.7認真做好各項施工記錄，施工班組的原始記錄要完整正確。4

案例分4.1失敗項目2004年，上海金山石化常減壓項目，由于管理失誤，部分人員對鉻鉬鋼的施工技術要求不重視個別出現焊接前不預熱不執(zhí)行焊接工藝紀律不進行氬弧打底而直接手工電弧焊進行焊接焊后未能及時熱處理焊口也沒能及時做到后熱處理，造成檢測后出現多處裂紋返片，給工程帶來了巨大的損失。另外由于管線的實際要求為非檢測個別焊口在裝置開車后出現裂紋物料滲漏項目在過年期間還緊急外調人員進行返修工作給公司帶來了嚴重的經濟損失及信譽損失。4.2成功項目2006年，廣州項目的常減壓裝置及加氫聯合裝置都存在著大量的鉻鉬鋼管道的施工。項目嚴格執(zhí)行了焊接工藝紀律：焊材發(fā)放嚴格把關、焊前預熱、焊接過程的層間溫度嚴格控制安排專門的檢查員對焊口層間溫度檢查并形成記錄文件焊后未能及時熱處理的焊口都進行了后熱處理及時的無損檢測等在這一系列的措施下達到所有焊口未出現一張裂紋返片的好成績給公司樹立了很好的企業(yè)形象。5

結論根據上述理論、數據分析和實例對比可看出為防止耐熱鋼的焊接裂紋產生在施工過程中必須嚴格把握施工技術要點采取有效的控制措施絲毫疏忽不得。從而總結出質量控制點一覽表（如下工過程中可參照執(zhí)行。/9控制序號

控制點檢查內容施工準備,材料1.材料出廠合格證，質量證明文件檢查驗收2.接工藝件1.焊材烘烤溫度,間清理2.件表面清理情況1.預熱溫度預熱及組對2.組對質量1.預熱溫度及層間溫度控制焊接2.焊接工藝參數1.外觀質量檢查外觀檢查及后熱2.后熱溫度及時間1.熱處理參數及曲線熱處理2.