剖析A335 P9铬钼钢管的焊接对策

摘 要：分析铬钼耐热钢焊接裂纹产生的主要因素，阐述了铬钼钢炉管施工中对焊缝应进行有效热处理的重要性

关键词：铬钼钢；焊缝热处理；质量控制措施

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 铬钼耐热钢焊接接头性能的基本要求

铬钼耐热钢接头性能的基本要求取决于管道的运行条件，制造工艺过程和焊接结构的复杂性。为保证耐热钢焊接结构在高温、高压和各种复杂介质下长期安全地运行，焊接接头性能必须具有与母材相当的等强性和等塑性、抗氢性和抗氧化性、组织稳定性、抗脆断性以及物理均一性。

2. A335 P9 铬钼钢焊接技术和质量控制方法

(1)焊接方法 A335 P9铬钼耐热钢因为硬化和裂纹倾向较高，在焊接方法的选择，应优先考虑低氢焊接方法，如钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊等。因为现场施工条件限制，一般采用钨极氩弧焊打底+焊条电弧焊填充盖面的方法。氩弧焊打底焊管填充氩保护，采用焊条电弧焊时，必须采用低氢碱性药皮焊条。

(2)焊接材料 为保证焊接接头具有与母材相当的高温蠕变强度和抗氧化性的前提下改善其焊接性，焊缝必须含有与母材相当的铬和钼。对此，氩弧焊焊丝一般使用ER80S―B8，焊条采用E8015―B8。

另外，应建立严格的保管、烘干、发放和回收制度，使焊材从入库到回收均能全过程追踪。焊条必须严格按要求进行烘干，领用焊条时必须使用保温筒，同一保温筒内不允许同时装有两种及以上的焊条，防止错用。

(3)焊接工艺评定 产品施焊前必须严格进行焊接工艺评定。焊接过程中记录所有焊接数据 (电流、电压、极性、焊接速度) 以及焊接材料的型号和直径、惰性气体流量 (保护气和背面保护气) 、焊接设备的型号、钨极直径、喷嘴内径等各项相关内容。产品焊接前，按评定合格的工艺制定焊接作业指导书，用于指导现场焊接施工。

(4)焊接坡口的制备 A335 P9管道坡口应采用机械方法或等离子切割方法加工。常用坡口形式和尺寸。采用等离子方法加工时，坡口表面必须清除熔渣、氧化皮，打磨清除影响焊接质量的淬硬层。坡口加工后，应进行外观检查，其表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。坡口表面应按要求进行无损检测，检测范围为坡口端部以内 20mm。

(5)组对与定位焊接 焊接接头组对前，将坡口及其边缘内外表面≥20mm 范围内的油漆、毛刺、锈斑、氧化皮及其他对焊接过程有害的物质清除干净。焊接接头组对前，应确认坡口加工形式、尺寸，其表面不得有裂纹、夹层等缺陷。

壁厚相同的管子或管件对接焊缝组对时内壁应齐平，内壁错边量不宜超过管壁厚度的10%。SHA级工艺管道的错边量≤0.5mm，SHB、SHC及SHD级管道的错边量≤1mm。当炉管外径≤102mm 时，错边量≤0.5mm； 炉管外径大于102mm 时，错边量≤1mm。其他管道的错边量≤2mm。

定位焊的焊接工艺与正式焊的焊接工艺相同，由正式焊工焊接。定位焊的预热温度取上限。定位焊缝的长度宜为10～20mm，高度为2～4mm。定位焊缝应沿管周均匀分布。正式焊接时，起焊点应在两定位焊缝之间。定位焊缝应焊透且无裂纹等焊接缺陷，发现裂纹、未焊透等焊接缺陷时必须清除后重焊。为确保底层焊道成形好，减少应力集中，定位焊缝的两端应为缓坡状，否则应进行打磨修整。

(6)焊前预热 A335 P9钢焊接时，预热是不可缺少的重要工序，是防止裂纹、降低接头各区硬度和焊接应力的重要措施。

预热采用电加热法，无条件时也可采用火焰加热法，火焰加热时火焰不应直接触及焊道坡口。预热温度为250～350℃，当焊接环境温度小于0℃时预热温度取上限。预热应在坡口两侧均匀进行，预热升温应缓慢而均匀，防止局部过热。预热温度可用红外线测温仪或触点式温度计进行测量，测温点应均匀分布。预热范围以对口中心线为基准两侧各不小于3倍壁厚，且不小于100mm，加热区以外的100mm 范围内应予以保温，以减小温度梯度。焊件达到预热温度后立即进行底层焊道的焊接。

(7)焊接工艺 焊件达到预热温度后及时进行焊接，在保持预热温度的条件下，每条焊缝一次连续焊完。

打底焊缝：由于底层焊缝焊肉薄，焊后冷却过程中产生较大的收缩应力，再加上铬钼耐热钢的材料特性，使底层焊缝容易产生裂纹；因此其打底焊缝均采用氩弧焊工艺，以确保底层焊缝的质量。

焊接线能量的控制：线能量过大，会引起热影响区过热，使晶粒粗大，降低接头的抗裂性能。线能量过小，会使热影响区淬硬，不利于氢的逸出，故而增加冷裂倾向；所以必须严格执行焊接工艺评定及焊接作业指导书中的焊接电流、电压等工艺参数，对线能量必须严格控制。

选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力。确保层间温度不低于预热温度。对于厚壁管采用多层多道焊焊接工艺。

另外，要注意弧坑裂纹的产生。弧坑裂纹是导致整个焊接工作失败的主要原因，因此在收弧处要用快速的点弧焊手法填满弧坑，以避免弧坑裂纹的产生。

坡口焊完后，应立即进行300～350℃、15～30min 的后热处理，然后保温缓冷至室温。加热方法采用电加热法进行。先进行无损检测后进行热处理的焊道，在无损检测合格后及时进行焊后热处理。焊接时应在坡口内引弧，严禁在非焊接部位引弧。铬钼钢炉管及管件表面不得有电弧擦伤等缺陷。

(8)焊缝检验 首先，焊缝外观要求： 焊接完毕后，应及时将焊缝表面的熔渣及附近的飞溅清理干净，自检合格后进行焊缝标识。焊缝外形尺寸应符合设计文件的要求，焊缝与母材应圆滑过渡。焊缝和热影响区表面不应有裂纹、气孔、咬边等缺陷。焊缝的余高是造成焊接接头应力集中的原因之一，因此应加以限制，一般余高≤3mm。

其次，无损检测：A335 P9 对接焊缝应进行100% 射线检测。承插和焊接支管的焊接接头及其他角焊缝应采用磁粉或渗透方法检查焊缝质量。焊后热处理完成后，应对热处理坡口作100% 超声检测及渗透或磁粉检测，以无裂纹为合格。

(9)焊缝返修 无损检测不合格的焊缝必须进行返修。同一部位的返修次数 ( 指焊补的填充金属重叠的部位) 不宜超过两次，否则应重新制定返修措施。返修须经单位技术总负责人批准后方可进行，将焊缝返修次数、部位和无损检测等结果记入焊缝返修记录。返修后的焊缝应重新进行检验，其质量要求与原焊缝相同。

(10) 加强焊后热处理铬钼钢焊接后在现场施工条件下的焊后热处理，系指对接头进行高温回火，利用金属高温下强度的降低而把弹性应变转变成塑性应变以达到消除焊接残余应力的目的，同时改善金属组织，提高接头的综合力学性能。为此，在热处理时，必须有经过监理确认的热处理方案，并对热处理人员进行有效的技术交底，热处理设备包括其各种仪表必须在合格的检定期内，同时需要热处理的焊口编号、测温仪放置和数量、加热片覆盖厚度和宽度、各道焊口输入的热处理工艺参数等必须经过焊接检验员检查确认等，以确保热处理质量。

热处理的加热范围以焊缝中心为基准，两侧各≥3 倍的焊缝宽度且≥25mm 的区域，加热区以外的100mm 范围应予保温，且管道端口应封闭。焊后热处理应按确定的热处理参数严格的控制升温、恒温和降温过程。常用焊后热处理参数如表 1所示。

表1焊后热处理参数

注： ①δ为管子壁厚，②炉管焊缝的焊后热处理恒温时间≥1h。工艺管线焊缝的焊后热处理恒温时间≥30min。

热处理温度采用热电偶进行测量，按热处理参数合理选用热电偶。热电偶使用前应经检定合格，并在有效期内。采用自动测温记录仪在整个热处理过程中连续测量记录热处理温度。

在热处理自动记录曲线上注明热处理作业时间，由各责任人签名确认，并由项目热处理责任工程师确认热处理自动记录曲线符合工艺要求，填发热处理报告。热处理自动记录曲线及热处理报告应记入竣工资料。

热处理后在焊缝、热影响区及其附近母材分别抽检表面硬度，抽检数量应不少于热处理坡口总量的 20%，所测硬度值应符合：炉管≤241HBW； 其他管道≤300HBW。若硬度值超过规定，则应加强检查。

3. 结论

A335 P9 钢焊接性差，焊接工艺复杂，焊接质量要求高，先进合理的焊接工艺及严格的过程质量控制是获得优质焊接的保证。因此铬钼钢炉管对接施焊和检修必须严格执行有关标准，对焊缝进行有效的热处理，使其硬度符合要求。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册(第二卷)材料的焊接(第 2 版)[M]. 北京：机械工业出版社, 2003.

[2]崔忠圻, 覃耀春. 金属学与热处理(第 2 版)[M]. 北京：机械工业出版社, 2007.