1、量15CrMoGg熱鋼管道焊接施工工法袈 1 前言索耐熱鋼中以珠光體銘鋁耐熱鋼應用最廣，因為這類鋼一般適用于 350-550 C之間，同時，這類鋼的合金元素含量相對較少，一般都屬于低合金鋼的范疇，因為合金鋼是在碳鋼中加入少量的合金元素，鋼的性能就發生了變化，就得到了碳鋼所沒有的性能，即耐高溫、抗氧化、抗蠕化和良好的持久強度, 由于合金元素小于3.5%，所以稱作低合金，簡稱合金鋼。它的耐熱性和強度均超過不銹鋼，但是價格比不銹鋼便宜得多，適用于在各種高溫高壓條件下工作的介質管道。 例如在攀鋼煤化工廠外線工藝管道施工項目中，該工程管道小273 X11共1200米，其設計溫度為480 C,設計壓力為5

2、.5Mpa,并且管道材質為15CrMoGg熱合 金鋼， 這類高溫高壓的特殊材質管道以前我公司未施工過, 所以還沒有完善和成熟的施工工藝及經驗可以借鑒。由于合金鋼的化學成分和性能與碳素鋼、不銹鋼存在較大的區別，所以施工15CrMoG耐熱合金鋼的焊接工藝及步驟都比碳素鋼、不銹鋼要求更高，也更嚴格和復雜。因此掌握此項新技術、新工藝中所有技術參數是具有較大的技術難題。薄為了保證焊接質量，公司成立了專題攻關技術小組，開展科技創新，取得了 “15CrMoGK熱鋼管道焊接技術”這一新成果，并且該技術于 2006 年通過攀鋼冶金技術有限公司（原攀冶建公司）科技質量部組織的科技成果鑒定，獲公司科技進步一等獎；在

3、 2007 年 4 月全國冶金施工系統QC成果發布會上獲得二等獎。該技術填補了我公司在15CrMoG®熱合金鋼焊接技術方面的空白，優化了生產工藝，提高了勞動生產率，保證了焊接質量，為公司創造了良好的社會效益和經濟效益。蓬2工法特點黃2.1由于15CrMoG鋼中含有較高含量的 Cr、C和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊接接頭淬硬傾向大， 可能出現冷裂紋,因此15CrMoGffl焊接時，焊接材料的選擇和嚴格的工藝措施，對于防止焊縫產生裂紋，保證管道使用性能至關重要。所以15CrMoG耐熱合金鋼與碳素鋼、不銹鋼等管道相比不管從施工工藝還是施工時所使用的工機具要求都更高，也更復雜。因此

4、通過本工法的實施, 使我公司的管道施工綜合能力得到很大的提高 , 填補了我公司在15CrMoGg熱合金鋼安裝技術方面的空白，優化了生產工藝，提高了勞動生產率，保證了焊接質量，為公司創造良好的社會效益。更為今后公司施工同類管道奠定了堅實的基礎，提高了 1襖 市場競爭能力。妨2.2本工法貫徹實施后，使我公司得以熟練掌握15CrMoGM質高溫高壓蒸汽管道的打磨、預熱、焊接、層間溫度、焊后緩冷、焊縫及管道的熱處理等所有工序及每個工序的具體要求及相關參數。為今后公司施工同類合金管道將起到較大的指導作用。袂 3 適用范圍適用于管道介質在10MPa 550c以下的15CrMoG#質或同類型材質的高溫、高壓蒸

5、汽管道或其它介質管道的焊接。w4工藝原理妨為了保證耐熱鋼具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性能，要加入一定量的Cr和Mo,但含有Cr和Mo的鋼焊后在空氣中冷卻時，具有明顯的淬硬傾向，焊縫和熱影響區出現硬而脆的馬氏體組織 , 不僅影響焊接接頭的力學性能 , 而且引起很大的內應力 , 容易產生裂紋。 耐熱鋼焊縫及熱影響區的淬硬傾向主要和以下因素有關：量Cr和C的含量越多，硬化越嚴重；焊件越厚，截面積越大（也就是焊件的剛性越大）硬化越嚴重；焊件不預熱或預熱溫度過低（特別在冬季施焊時）硬化越嚴重 ; 焊接時的線能量越小,硬化越嚴重。蜜此外，焊縫中擴散氫的含量較高也是導致15CrMoG耐熱鋼焊縫或熱影響區產

6、生裂紋的重要原因。為保證焊接質量，在焊接時必須選用堿性低氫型焊條，嚴格按技術要求進行預熱，保持層間溫度、焊后緩冷并及時進行熱處理等工藝措施。蚆 5 施工工藝流程及操作要點螃15CrMo麗熱合金鋼之所以能在一定的高溫（350-550 C）下長期穩定的工作，是因為它具有比一般低碳鋼更好的高溫力學性能和高溫抗氧化性能 , 因為普通碳素鋼在高溫時， 不僅強度低，而且會發生氧化，溫度越高，氧化越嚴重。而氧化鐵很粗疏，因而導致氧化過程不斷向鋼材內部進行，加速鋼材的破壞。如果在鋼中加入鉻（Cr） ，則由于鉻（Cr ）和氧（O）的親和力比鐵（Fe）與氧（O）的親和力大，高溫時，在金屬表面首先形成氧化銘，致密的

7、氧化烙在金屬表面形成一層保護膜；因而能防止內部金屬受到氧化。蔗但是由于15CrMoGffl中含有較高含量的Cr、C和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊接性差。15CrMoG!W的化學成分如下: 膈 C: 0.16%, Si: 0.27%, Mn 0.55%, Cr： 0.95%, Ma 0.50%, S< 0.40%, P< 0.035%,其 碳當 2菜量(按國際焊接協會iivv推薦的公式：裂 Cec C+ Mn/6+ (Cr + M葉 V) /5 + (Ni+Cu) /15 = 0.545%腿根據經驗：當Ceq>0.4%時，焊接接頭淬硬傾向大，可能出現冷裂紋，而15Cr

8、MoG鋼的碳當量Ceq值已達0.545%,故15CrMoG鋼的淬硬傾向大，焊接性差，因此15CrMoG!W焊接時， 焊接材料的選擇和制定嚴格的焊接工藝措施，對于防止裂紋，保證使用性能至關重要。» 5.1施工工藝流程芄 5.2 操作要點蠢5.2.1焊接工藝評定膂1.焊接材料的選擇針對15CrMoG!W的焊接特點及材質性能表，參照國家相關規范上的焊接工藝要求，我們選擇了兩種方案進行焊接試驗。芨方案I :焊接預熱，采用焊絲 PP.TIG-R30,規格為3.2 X 350的焊條電弧焊蓋面。焊 后進行局部熱處理。肅方案n：采用ER80S-B2L焊絲，規格為2.5的焊絲手工鴇極瀛弧焊打底，采用牌

9、號為E309Mo-16 規格為箴焊接材料的化學成分和力學性能聿 2. 焊前準備肆試件采用15CrMoGffl管，規格為小273 X膈焊接接頭：對接詳圖：a坡口形式：襯墊a=60°蠅6蕆 注：第一層為手工氬弧焊；第二、三、四層為手工電弧焊蜩3.焊接工藝參數的選擇荒按方案I焊前需進行預熱，根據計算預熱溫度公式：To=350VC-0.25 (C)膀4艿 式中， To預熱溫度，CC=Cx+CpCp=0.005SCxwCx=C+ (Mn+Ci) /9+Ni/18+7Mo/90 式中，Cx 成分碳當量;范Cp 尺寸碳當量；S試件厚度(本文中 S=11mm Cx=C+ (Mn+CO/9+7/90M

10、o=0.361Cp=0.045 則 To=138尢因此預熱溫度選為150C。采用氧-乙煥火焰對試件進行加溫，用測溫儀判斷試件表面的溫度，測量點至少應選擇三點，以保證試件整體均達到所要求的預熱溫度150。勘焊接時，第一層采用手工鴇極瀛弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產生凹陷，送絲時采用內填絲法，即焊絲通過對口間隙從管內送入。其余各層采用焊條電弧焊，共焊4 層，每個焊層一條焊道。方案I和方案n方案I的焊接工藝參數黃方案n的焊接工藝參數建按方案I焊接時，層間溫度不低于150C,為防止中斷焊接而引起試件的降溫，焊接過程中隨時用測溫儀檢查試件焊縫表面的溫度，并且施焊時最好由二名焊工交替操作，焊后立即采取保

11、溫緩冷措施。螞5聿 4. 焊后熱處理I!采用方案I焊接的試件，焊后立即進行局部高溫回火處理。根據國家規范技術要求及反復試驗總結出熱處理的工藝為：升溫速度為 200 /h ，升到715保溫1 小時 15 分鐘，降溫速度 100 /h ，降到300 后空冷。具體采用電加熱器包繞焊縫，用硅酸鋁棉層保溫，保溫層厚度50mm溫度控制采用電加熱器自動控溫儀控制。膂5. 焊接工藝評定試驗結果蠅試件焊后按JB/T4730.2-2005承壓設備無損檢測及GB50236-98現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范標準進行100%勺X射線照相檢驗，焊縫n薇 焊接工藝評定試驗結果蜩I的沖擊韌性明顯高于方案n,證明方

12、案I的焊后熱處理結果比較理想，高溫回火不僅達 到了改善接頭組織和性能的目的，而且使韌性與強度配合適當。方案I采用了與母材成分 接近的焊條，焊縫性能同母材匹配，焊縫具有較高的熱強性，焊縫在高溫下長期使用不易破壞。難點是焊后熱處理要求較為嚴格，回火溫度和保溫時間及加熱和冷卻速度控制不當反而會引起焊縫性能下降。方案n采用了奧氏體不銹鋼焊條施焊，雖然可以省去焊后熱處理，但由于焊縫與母材膨脹系數不同，長期高溫工作時可發生碳的擴散遷移現象，容易導致焊縫在熔合區發生破壞、裂紋，存在安全隱患。因此，從使用可靠性考慮及保證焊接質量，現場采用方案I施焊更為穩妥，并編制詳細的焊接工藝指導書。節 5.2.2 施工準備

13、膀 1.施工人員要熟悉施工圖紙，掌握有關設計、施工規范的要求。并作好施工人員施工前的培訓工作。羋6初2.組織工程技術人員和測量人員對管道基礎進行驗收及復查。節3.對已到貨的管道、 管件應設置專人看管， 并且要與其他材質的管道分開嚴禁不同材質的管道混放混裝，不同材質的管道、管件并應作好相應的標記。薄4.管道組成件及管道支撐件在施工過程中也應妥善保管，不得混淆或損壞，其色標或標記應明顯清晰。材質為有色金屬的管道組成件及管道支撐件，在使用及儲存期間不得與碳素鋼接觸。暫時不能安裝的管子，應封閉管口。蚆 5.2.3 焊接材料驗收及復檢薅 2. 施工現場的焊接材料貯存場所及烘干、去污設施，應符合國家現行標

14、準焊條質量管理規程JB3223的規定，并建立保管、烘干、發放制度，并應做好書面記錄。前3.瀛弧焊所采用的瀛氣應符合現行國家標準瀛氣GB4842的規定，且純度不應低于99.9%羈2焊條需要設置專人保管和烘烤，焊條的烘烤采用遠紅外焊條烘干機（型號ZYH-100） ，其焊條的烘烤溫度為350 380，烘烤時間為1 小時。 焊條從烤箱中取出后必須放進保溫桶內使其焊條能保持恒溫，做到隨取隨用。焊條冷卻了就不能使用，如要使用必須重新烘烤， 要注意焊條烘烤不能超過兩次， 超過兩次后就不能使用。 焊條發放必須做好書面記錄。曹預熱可以說是15CrMoGg熱鋼焊接時最重要的措施。不但正式焊接時要預熱，進行定位焊或

15、焊接組裝用的卡具時也應同樣進行預熱。以免在定位焊或焊接卡具處產生裂紋。因此必須正確地選擇預熱溫度和方法。根據焊接工藝評定結果其施工15CrMoGg熱鋼高溫高壓蒸汽管道的預熱方法為：用手工操作法即用氧氣乙炔火焰均勻加熱，預熱時應使焊口兩側及內外壁的溫度均勻，以防止局部過熱，邊加熱邊用紅外線測溫儀（可測 -30 900）控制其預熱溫度。預熱溫度為 150 200，如焊縫需返修其預熱溫度應比原來高。童因為15CrMoGg熱鋼的裂紋傾向較大，所以在焊接時應設法減小焊縫的拘束度，盡量在自由狀態下焊接， 以免因剛性過大而引起過大的內應力導致焊縫產生裂紋。 為此， 除了要求 7蒂 班組在施工時要嚴格按照焊接

16、工藝指導書的焊接順序和方向施焊外，還要注意不可對焊件進行強制性固定。所以在施工時先將管道在自由狀態下對接好，并且坡口達到要求及焊縫預熱溫度 （ 150 200） 符合要求后方可施焊， 焊縫分為四層： 第一層為鎢極氬弧焊打底，第二、前三、四層為焊條電弧焊蓋面。焊接過程中的層間溫度不應低于其預熱溫度，這樣才能保證焊接接頭不致產生淬硬甚至裂紋。但也不能過高，以免過燒，使晶粒粗大，降低性能。 （很明顯，保持層間溫度有和焊前預熱同樣的作用。如果只注意預熱而不保持層間溫度，那么預熱也就失去了意義。因為預熱只能保證第一層焊縫的施焊溫度，在以后各層施焊時，層間溫度就是其預熱溫度。 ）每焊完一次必須用砂輪機清根

17、以防止夾渣。焊縫最好一次成型，如有斷續焊縫必須重新預熱。在氬弧焊時，應做好防風措施以防止焊縫產生氣孔。每焊完一道焊縫必須用保溫材料將焊縫包裹好，以防止焊縫冷卻太快產生裂紋。袆 根據規范及設計要求焊縫做100%的超聲波檢驗、25%的焊縫做射線照相檢驗（其中方型補償器做100%射線照相檢驗）。 檢驗不合格的焊縫應進行返修， 返修前進行質量分析， 分析造成不合格的原因，針對原因采取對應措施。當同一部位的返修次數超過兩次時，應制定返修措施并經焊接技術負責人審批后方可返修。補焊工藝應與原焊接工藝相同。勘15CrMoGg熱鋼焊后必須進行熱處理，而且應盡快進行。因為15CrMoGg熱鋼產生的裂紋帶有延遲性，

18、也就是焊后當時不裂，待焊件冷卻一段時間后才出現裂紋。而焊后立即進行熱處理是避免延遲裂紋的最有效措施。其焊后熱處理工藝方法是：a、當用加溫設備將溫度升到400c以上時加熱速度應不大于 330C/h ； b、焊后熱處理恒溫時間應為每25mme厚恒溫1小時，且不得少于15分鐘，在恒溫期內最高與最低溫度應低于65 C； c、恒溫后的冷卻速度不應大于260 /h ， 400薁8唐溫度（） 700# 500滕300蟻 100材當對15CrMo管道經過熱處理后應及時用硬度儀（牌號HLM-10。測量焊縫及熱影響區的硬度值，其硬度值應符合設計文件規定。ISCrMoGff道焊縫不宜大于母材硬度（布氏硬度HB170

19、125%， 即不大于HB212.5； 熱影響區的硬度值不大于母材硬度（布氏硬度HB170）； 檢驗數量不應少于熱處理焊口總數的10%。 如用硬度儀測得的哪條焊縫及熱影響區的硬度值不符合要求，則應及時進行重新熱處理，處理方法同第 5 項一樣。管道試壓、保溫、吹掃方以上所有工序全部合格后即可按規范及圖紙要求進行試壓、保溫、吹掃及送氣運行。箍6材料與設備腿6.1施工用主要設備一覽表黃9螈 6.2 施工用主要工機具及材料一覽表蝴7質量控制袁 7.1 施工前對作業班組全體成員認真做好技術交底、現場交底，要求班組及時熟悉圖紙，掌握焊接順序及質量要求，并嚴格按施工方案進行施工。螞 7.2 成立質量技術監督小

20、組，堅持開展質量周檢查活動，對施工中出現不按規范和不符合設計要求的質量問題，應督促班組及時整改。蔓7.3設備、管道安裝應參見設計安裝技術要求及安裝說明。同時應滿足以下現行冶金行業規范的相關規定：蟆7.3.1工業金屬管道工程施工及驗收規范GB50235-97;袁 機械工藝出版社；衿 7.4 安裝前必須對管道支架標高、定位軸線、基礎軸線等進行檢查，軸線標志及標高基準點應準確。7.6贛7.5現場安裝焊接的電、氣焊工必須考試合格，并取得相應的操作證方可上崗作業。焊縫出現裂紋時焊工不得擅自處理，待查清原因，制訂出修補工藝后方可處理。并且同薅 10羈 一焊縫部位返修次數不宜超過兩次，如超過兩次應按返修工藝

21、進行。焊接完畢，焊工應將焊縫表面的溶渣及兩側飛濺物清除干凈，檢查焊縫外觀質量，合格后在工藝規定焊縫及部位打上焊工鋼印。艿 8 安全措施蠆 8.1 參加現場施工人員都必須接受安全技術教育，開工前由安全科結合現場施工情況負責安全教育。對新進場的工人必須進行兩級安全教育；工地由安全員負責；班組由兼職安全員負責。芄 8.2 施工現場設專職安全員，班組設兼職安全員。對本職管轄范圍應經常進行安全檢查，貫徹安全技術措施的實施，對本管轄范圍安全負全面責任。蒞 8.3 施工現場應懸掛安全標志牌，危險吊裝地帶應設安全路障或掛牌明示，并劃出安全界區。夜間施工應有紅燈警示。蝕 8.4 電焊機二次線，地線禁止與鋼絲繩接

22、觸，不得用鋼絲繩和施工安裝設備來代替零線，所有線接頭必須固緊。肇 8.5 乙炔瓶必須經常檢查瓶口閥門無漏氣，不得與氧氣瓶同放一處，氣割或施焊的位置應離開易燃易爆物距離大于10m,不得放在施焊或切割作業的正下方。勘8.6氧氣瓶不得在烈日下曝曬，并應防止油類污染，在臨時場所施工時，氧氣瓶上應設臨時棚架遮蓋之。菜8.7從事高空作業人員應進行體格檢查，患有高血壓、心臟病及不適宜高空作業人員不得從事高空作業。 采用立梯高空作業， 踏步不得缺層， 上部應綁牢。 采用人字梯高空作業時，擋踏處應用繩索系牢，保持人字梯、立梯架設坡度在35°與60°之間，柱子根部應采取防滑措施。量8.8超過2m以上高空作業者須系安全帶，高空作業人員應將材料、機具、工具放置妥當，以免掉下傷人，嚴禁隨意往下亂扔物件。衿 8.9 吊