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            鍋爐耐熱鋼厚壁管的焊接

            10CrMo910厚壁管廣泛用于輸送530℃的高溫蒸汽,本文結合高壓蒸汽注汽鍋爐總汽外輸管線的更換實例,分析了10CrMo910鋼的可焊性,從母材分析、現場焊接、檢驗、焊后熱處理等方面總結了28mm壁厚的管道焊接方法。

            10CrMo910厚壁管鋼的特性

            中原油田鉆井三公司鉆采設備廠高壓蒸汽注汽鍋爐流程維修改造中,因總汽外輸管線變更,需把原管線一處彎頭切割下后,轉換方向。經查,該材質為進口耐熱鋼10CrMo910。其管線設計溫度為530℃,設計壓力為12MPa,管材直徑180mm、壁厚28mm,需在現場進行組對、焊接。

            10CrMo910鋼為低合金珠光體耐熱鋼,主要用于制造壁溫在590℃以下的過熱器及壁溫為520℃的集箱和蒸汽管道,從大量積累的試驗數據可知,該鋼具有良好的焊接性,對熱處理不太敏感,能在大截面上得到均勻組織,持久塑性好,當延伸率達3%5%時,蠕變速率才開始增加。因此,該鋼在運行中具有可靠的安全性。

            2焊接時的問題

            (1)具有較大淬硬傾向。根據國際焊接學會推薦的公式算出該鋼碳當量:Cep=C+(Cr+Mo+V/5)+(Ni+Cu/15)=0.11+(0.52/6)+(2.31+1.00/5)=0.859,由此可知,該鋼具有較大淬硬傾向。按照等成分原則,10CrMo910鋼管采用手工電弧焊,選用相匹配的H08Cr2.25Mo1A焊絲和R407焊條(HD≤5mL/100g),焊條化學成分見表3。由于10CrMo910鋼具有較大淬硬傾向,且管壁厚有較大拘束度,焊接時容易產生熱烈紋。為此焊前必須進行預熱,采用低氫型焊條焊接,焊后進行去氫熱處理等工藝措施。(2)易產生再裂紋。由于10CrMo910鋼內S、P雜質含量很低,一般不宜產生熱烈紋。試驗證實,焊縫成型系數(焊縫寬高之比)越小,越容易產生縱向熱烈紋;當焊接線能量超過50KJ/cm時,也易產生熱烈紋。此鋼含有較多的合金元素,焊后熱處理不當時,容易產生再熱烈紋。因此,必須嚴格控制焊縫中S、C等雜質,減少應力集中,嚴格控制焊接線能量。

            3焊接方法擬定

            按照母材和填充金屬材料的成分,采用手工鎢極氬弧焊打底、手工電弧焊填充、蓋面的焊接方法,選用H08Cr2.25Mo1A焊絲和R407焊條。焊材化學成分見表3、焊接工藝參數見表4。

            4現場施焊

            (1)坡口與組對。10CrMo910耐熱鋼采用氧-乙炔火焰切割下料。為防止火焰切割邊緣開裂,切割前應預熱150℃,切割成V型坡口,在現場用角向磨光機對坡口進行修磨,對內坡口進行倒角處理。對坡口及相鄰內外側進行磁粉探傷檢查,是否存在表面裂紋、缺欠,合格后才可以進行組對點固焊。為了避免損壞坡口,導致焊縫根部產生缺欠,采用坡口中部引橋點固法。用氧-乙炔火焰中性焰對點固焊的位置進行預熱,用氬弧焊點固管口四點,點固焊縫高3 ̄4mm、長約25mm。(2)打底焊。10CrMo910管采用手工鎢極氬弧焊H08Cr2.25MoA焊絲打底,采用電加熱法對坡口進行預熱,氬弧焊打底時進行200℃、40min焊前預熱,可降低焊縫殘余應力,減少根部淬硬傾向,但預熱溫度不宜過高,否則焊工將無法操作。由于該管管壁較厚,拘束度大,TIG打底層應厚一點(34mm),并要求收弧時填滿弧坑,在坡口上收弧,防止焊縫根部產生裂紋。打底焊結束后,用角向磨光機磨去點固焊點。(3)填充、蓋面、探傷。打底焊結束檢查焊縫無缺欠后,立即用手工電弧焊進行填充連續施焊。填充、蓋面用R407焊條需經過350℃400℃,2小時烘干,120℃150℃保溫。由于管壁厚坡口較寬,連續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200℃300℃之間,嚴格按照焊接工藝進行多道焊。由于管壁較厚,其焊縫缺欠返修和焊縫RT探傷難度大,填充3層后進行300℃、1h的焊后熱處理,12h進行100%RT探傷,合格后重新預熱繼續實焊。完成填充蓋面焊后進行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力,也使預熱溫度比規范規定(250℃350℃)有所降低,便于手工氬弧焊操作。

            5焊后熱處理

            10CrMo910管焊后對焊縫進行720℃±10℃、2h回火熱處理。采用電加熱法,用硅酸鋁釬維棉保溫,看不到有持久強度急劇下降的現象。按以上工序完成焊后熱處理后,對焊縫、熱處理區進行100%的PT檢查,均一次合格。目前該高壓蒸汽管已長時間在550℃下連續運行兩年時間,焊接接頭滿足要求。

            文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

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