鉻鉬鋼施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施

/淺談1Cr5Mo鋼管道焊接裂紋的限制措施摘要：石油化工裝置高溫管道很多都接受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，假如焊接工藝不當、工藝紀律不嚴格，極易產(chǎn)生裂紋。本文簡要分析鉻鉬耐熱鋼焊接裂紋產(chǎn)生的主要因素,并有針對性地從焊材管理、焊工管理、預熱、焊接工藝及過程限制、后熱、焊后熱處理、無損檢測等方面提出了限制1Cr5Mo鋼裂紋產(chǎn)生的幾項措施,為確保1Cr5Mo鋼焊接質(zhì)量供應了有力的保證。關(guān)鍵詞：1Cr5Mo鋼焊接裂紋質(zhì)量限制措施1前言鑒于1Cr5Mo鋼淬硬傾向大，屬于裂紋敏感性材料，焊后簡潔產(chǎn)生延遲裂紋，而且鉻鉬鋼幾乎均是用在高溫部位，一旦焊縫出現(xiàn)裂紋將給裝置帶來極大的平安隱患，甚至產(chǎn)生重大事故，所以對1Cr5Mo鋼的焊接裂紋限制就顯得尤為重要，也是本文探討的關(guān)鍵所在。21Cr5Mo鋼焊接裂紋產(chǎn)生的主要因素分析2.11Cr5Mo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，越簡潔產(chǎn)生裂紋。1Cr5Mo鋼的化學成分和機械性能見表1和表2所示。表11Cr5Mo鋼的化學成分（%）（SH/T3520-2004）CMnSiSPCrMo≤0.15≤0.60≤0.50≤0.035≤0.0350.45-0.60表21Cr5Mo鋼的機械性能（SH/T3520-2004）抗拉強度σbMPa屈服強度σsMPa伸長率σs%布氏硬度HB390～590≥195≥22≤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，這就確定了鉻鉬鋼具有淬硬傾向，焊接時就簡潔產(chǎn)生裂紋。2.2焊接接頭的應力影響由于焊接時不勻整加熱及冷卻過程中產(chǎn)生的熱應力和結(jié)構(gòu)自身拘束條件所造成的應力,會引起氫的聚集,誘發(fā)延遲裂紋。2.3氫的作用焊接接頭的含氫量越高,則裂紋的敏感性越大。焊接時在高溫作用下,將有大量的氫溶解在熔池中,在隨后的冷卻和凝固過程中,由于溶解度的急劇降低,氫極力逸出,但因冷卻很快,使氫來不及逸出而留在了焊縫金屬中。當氫聚集到確定濃度時,就會破壞金屬中原子的結(jié)合鍵,使金屬內(nèi)出現(xiàn)一些微觀裂紋,在應力持續(xù)作用下,氫不斷聚集,微觀裂紋不斷擴展,干脆發(fā)展為宏觀裂紋,最終斷裂。焊接材料中的水分、焊件坡口處的鐵銹、污油，以及環(huán)境濕度等等都是焊縫中含氫的緣由。3削減裂紋產(chǎn)生的限制措施綜上所述，由產(chǎn)生裂紋的主要因素可知，要限制裂紋的產(chǎn)生就要通過有效的削減氫源、降低淬硬傾向?qū)缚诘挠绊懠跋撕缚诤附討Γ虼藢τ?Cr5Mo鋼的施工要嚴格把握焊接工藝要點，對焊接材料領(lǐng)用、焊口預熱、焊接工藝及后熱等工序?qū)嵭袕娪辛Φ南拗拼胧?.1削減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(chǎn)生氫，擴散到焊縫中去，因此可以通過以下措施削減氫源。3.1.1選用合格的低氫型焊條，檢查進場焊材材料質(zhì)量證明文件，確保焊接材料合格。3.1.2焊條運用前應按焊條說明書進行烘烤，并有烘烤記錄。焊絲運用前必需清除銹斑和污油并露出金屬光澤。烘好的焊條領(lǐng)用后超過4小時不用或未運用完時，應重新烘烤且烘烤次數(shù)不得超過兩次。3.1.5坡口切割及加工宜接受機械加工，當運用氧、乙炔火焰切割時，必需清除熔渣、氧化皮及表面淬硬層。組對前應將坡口及其內(nèi)外表面不少于20mm范圍內(nèi)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，簡潔出現(xiàn)裂紋，致使其焊接工藝比較困難，通過有效的限制焊接工藝才能防止或降低裂紋出現(xiàn)的幾率。3.2.1焊接方法及焊接材料(1)焊接方法管道焊口焊接時，一般接受單面焊雙面成型，若背面成型不好，存在咬邊、未融合及未焊透等缺陷時，就會明顯增加1Cr5Mo的冷裂紋敏感性。為提高背面成型質(zhì)量，一般接受氬電聯(lián)焊焊接技術(shù)，當公稱直徑小于DN80時（壁厚小于6mm）也可以接受全氬焊接，承插口焊口可干脆接受手工電弧焊焊接。(2)焊接材料選定為保證焊接接頭和母材具有相同的高溫蠕變強度和抗氧化性，焊縫金屬必需具有和母材相當?shù)你t、鉬含量。而且必需依據(jù)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年焊接工藝評定匯編QBFCC/TS06.41-2010）評定編號試件材質(zhì)試件規(guī)格（mm）焊接方法適用焊件厚度(mm)焊縫金屬厚度(mm)焊接材料1430AWA-MVA335P5δ=7GTAW/SMAW1.5~14GTAW：0~6SMAW：0~8H1Cr5Mo/R5070712AWA-MVA335P5φ273×12GTAWSMAW9~24GTAW：0~6SMAW：0~18ER80S-B6(H10Cr5MoVA)R507B0704AWA-MVA335P5φ323×22GTAWSMAW16.5~44GTAW：0~6SMAW：0~38ER80S-B6(H10Cr5MoVA)R507B0703AWA-MVA335P5φ48.3×5GTAWSMAW1.5~10GTAW：0~6SMAW：0~6ER80S-B6(H10Cr5MoVA)R507B為避開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(lǐng)取焊條必需有專職施工技術(shù)員簽字確認；現(xiàn)場施工點藥進行隨機檢查；3.2.2嚴格進場焊工的限制及管理焊工是保證焊接質(zhì)量的確定性因素，焊工質(zhì)量的凹凸干脆影響焊口的焊接質(zhì)量。為了保證鉻鉬鋼的焊接質(zhì)量，項目須要成立特地的焊工考試中心，要求焊工除了必需依據(jù)《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試和管理規(guī)則》取得焊工合格證外，還須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(xiàn)場施焊。3.2.3焊前檢查焊接前應對加工后坡口及內(nèi)外表面20mm范圍內(nèi)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焊前預熱預熱可以變更焊接過程的循環(huán)，遏制或削減淬硬組織的形成，削減焊接殘余應力，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(chǎn)生延遲裂紋和再熱裂紋的有效措施之一。(1)預熱宜接受電加熱片加熱，當焊口小于DN150時，也可以接受氧乙炔火焰加熱，但必需保證熱透且溫度勻整。(2)預熱升溫應緩慢而勻整，防止局部過熱，火焰加熱接受數(shù)字觸點式溫度計，檢測預熱溫度測點應勻整分布。電加熱預熱溫度的測量用熱處理設(shè)備上的熱電偶測量。(3)預熱范圍應以對口中心線為基準，兩側(cè)各不小于3倍壁厚，且大于等于50mm。(4)1Cr5Mo的預熱溫度要求250-300OC。3.2.5焊接技術(shù)要求(1)1Cr5Mo鋼接頭焊接，當達到預熱溫度并持續(xù)5min后應立刻進行底層焊道的焊接且應一次連續(xù)焊完。(2)焊接底層焊道時應封住管口，以免管子內(nèi)形成穿堂風，影響焊接質(zhì)量。(3)底層焊道焊完后，應立刻進行下一層的焊接且應連續(xù)焊完，如中斷焊接應立刻進行300-350OC時間不少于15min的后熱處理，然后保溫緩冷。中斷后接著施焊應重新預熱。(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。(6)焊接時應在坡口內(nèi)引弧，嚴禁在非焊接部位引弧。(7)焊工焊完口后應立刻自檢，若外觀有缺陷要立刻補焊、修整，合格后進行后熱或熱處理。3.3消退焊口焊接應力的措施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，降低焊接殘余應力避開焊接接頭中出現(xiàn)馬氏體組織，從而防止氫致裂紋的產(chǎn)生，因此在焊接接頭完成后不能立刻進行熱處理的焊口應必需進行后熱處理,后熱溫度為200-350OC，時間不少于15分鐘，然后保溫緩冷。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(zhuǎn)變成塑性應變以達到消退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(zhì)的回火溫度要求不同，所以必需依據(jù)熱處理工藝的要求限制熱處理溫度。(1)焊后應立刻進行熱處理,熱處理接受電加熱方法,在熱處理過程中應能精確地限制加熱溫度且使焊件溫度分布勻整。(2)熱處理的加熱范圍以焊縫為中心，兩側(cè)各不小于焊縫寬度的三倍（且不小于25mm），加熱區(qū)以外的100mm范圍內(nèi)應予以保溫。(3)溫度限制精確，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，測溫元件接受熱電偶并用自動記錄儀記錄熱處理曲線，測溫點設(shè)在加熱區(qū)且不少于1點。(4)不同材質(zhì)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。(5)焊后熱處理應按規(guī)范要求參數(shù)嚴格的限制升溫、恒溫順降溫過程。在國內(nèi)多接受的是鎧裝熱電偶，和被測件干脆捆綁進行測量，這樣會使測量溫度和實際溫度有些偏差，所以在設(shè)定熱處理恒溫溫度要比要求的溫度偏高5~10OC為宜，但不能高于工藝要求的最高溫度。規(guī)范要求的參數(shù)見表4表4焊口熱處理參數(shù)（SH/T3520-2004、SH3085-1997）分類參數(shù)升溫速度溫度在300℃以下時不限制；升溫至300℃以后，升溫速度不得超過5125/δ℃/h，且不應大于220℃/h；恒溫溫度750~780℃恒溫時間工藝管道每毫米壁厚恒溫3min，且不少于30min；爐管恒溫時間不少于1h；冷卻速度恒溫速度的冷卻速度不得超過6500/δ℃/h，且不大于260℃/h；爐管要求冷卻速度不大于275℃/h；300℃以下后不用限制(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(shù)的20%且不少于1處，每處測點見下圖：母材區(qū)熱影響母材區(qū)熱影響區(qū)焊縫區(qū)測量硬度值應符合如下要求：爐管HB≤241；其他管道HB≤300。硬度值超過規(guī)定，應加倍檢查，并查明緣由，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依據(jù)設(shè)計要求進行RT無損檢測，焊口的無損檢測必需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(zhì)量限制，確保無損檢測的質(zhì)量符合要求。同時要有特地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(1)焊后經(jīng)檢測不合格的焊口必需予以返修，返修時焊接工藝和正式焊焊接工藝相同。(2)焊后檢測出裂紋及其它共性缺陷時，應首先分析產(chǎn)出緣由，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(cè)。(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(shù)不宜超過兩次,經(jīng)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(jīng)施工單位技術(shù)總負責人批準后方可實施,并將焊縫返修次數(shù)、部位和無損檢測等結(jié)果記入焊縫返修記錄，返修后仍按原規(guī)定方法檢測。3.5質(zhì)量保證措施3.5.1建立健全質(zhì)量保證體系，確定質(zhì)量責任制。3.5.2細致管好計量器具，保證工程計量的有效性和精確性。3.5.3嚴格施工工藝紀律，對預熱、層間溫度限制、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(zhì)量。3.5.4施工應在熱處理設(shè)備調(diào)試完畢后進行，焊后剛好進行熱處理。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(xiàn)不利天氣時應剛好實行措施。3.5.7細致做好各項施工記錄，施工班組的原始記錄要完整正確。4案例分析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(shù)要求不重視，個別出現(xiàn)焊接前不預熱、不執(zhí)行焊接工藝紀律、不進行氬弧打底而干脆手工電弧焊進行焊接、焊后未能剛好熱處理、焊口也沒能剛好做到后熱處理，造成檢測后出現(xiàn)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100%RT檢測，個別焊口在裝置開車后出現(xiàn)裂紋，物料滲漏，項目在過年期間還緊急外調(diào)人員進行返修工作，給公司帶來了嚴峻的經(jīng)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(lián)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(guān)、焊前預熱、焊接過程的層間溫度嚴格限制、支配特地的檢查員對焊口層間溫度檢查，