A335P22厚壁管道的焊接工艺在施工中的应用.pdf

2 0 1 3 往 第5 期 管道技术 P i p e l i n eT e c h n i q u e 5设台 a n d E q u i p m e n t 2 0 1 3 N o ．5 A 3 3 5P 2 2 厚壁管道的焊接工艺在施工中的应用 王涛 武汉检安石化有限公司，湖北武汉4 3 0 0 8 2 摘要为了使A 3 3 5P 2 2 厚壁管道的焊接满足各种复杂工程要求，需要制定多种焊接方法组合的焊 接工艺。根据武汉乙烯工程中A 3 3 5P 2 2 超高压厚壁管道的施工实践，在研究和分析了A 3 5 51 2 2 厚壁 管材焊接特性后，提出了一套适合A 3 3 5P 2 2 厚壁管的焊接工艺。该工艺同时采用了G T A W 、S M A W 、 F C A W 焊接方法，通过采用u V 组合坡口、焊接低线能量输入及严格控制热处理参数等方法确保焊接 质量，焊接工艺评定结果扣工程实际效果验证了该工艺的有效性。 关键词厚壁；焊接；裂纹；工艺；线能量；热处理 中图分类号T G 4 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 3 0 5 0 0 3 5 一0 3 A 3 3 5P 2 2T h i c kP i p eW e l d i n gP r o c e s si nC o n s t r u c t i o n W A N GT a o W u l 曲mP e t r o c h e m i c a lP l a n tM a i n t e n a n c e I n s t a l l a t i o nC o ．，L t d ．，W u h a n4 3 0 0 8 2 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oc o n d u c tA 3 3 5P 2 2t h i c kp i p ew e l d i n gt om e e tav a r i e t yo fc o m p l e xe n g i n e e r i n gc o n d i t i o n s ，t h ew e l d i n g p r o c e s ss h o u l dd e v e l o pav a r i e t yo fw e l d i n gm e t h o d s ．A c c o r d i n gt Ot h er e s e a r c ha n da n a l y s i so fw e l d i n gc h a r a c t e r i s t i c so fA 3 5 5 P 2 2t h i c kp i p e ，as e to fA 3 3 5P 2 2t h i c kp i p ew e l d i n gt e c h n o l o g i e sb a s e do nt h ec o n s t r u c t i o ne x p e r i e n c ei sb r o u g h tf o r w a r di na l l e t h y l e n ep r o j e c ti nW u h a nw i t ht h eA 3 3 5P 2 2t h i c kp i p ew e l d i n g ．U s e di nt h ep r o c e s sa r et h eG T A W ，S M A Wa n dF C A Ww e l d i n g m e t h o d sa tt h eg , a n l et i m e ．I tu s e ss o m em e t h o d st oe n s u r et h eq u a l i t yo fw e l d i n g ，f o re x a m p l e ，U Vc o m b i n a t i o no fg r o o v e ，w e l d - i n gl o wl i n e a re n e r g yi n p u ta n ds t r i c tc o n t r o lo fh e a tt r e a t m e n tp a r a m e t e r s ，w e l d i n gp r o c e d u r eq u a l i f i c a t i o nr e s u l t s ，a n dp r a c t i c a l e f f e c tt ov e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s so ft h ep r o c e s s ． K e yw o r d s t h i c k - w a l l e d ；w e l d i n g ；c r a c k ；p r o c e s s ；l i n ee n e r g y ；t r e a t m e n t 1 材料的焊接特性 武汉8 1 0 5t 乙烯项目中的超高压蒸汽管道采用 的是符合A S M EA 3 3 5P 2 2 标准的国产管道，公称成分 为2 ．2 5 C r 一1 M o ，主管规格为蚴6 ．4 4 9 ．2 2 。由于 钢中的C r 、M o 元素含量较高，材料有较高的淬硬性， 热影响区 H A Z 的粗晶区域有产生裂纹倾向。另外， 当材料壁厚大于3 8m m 时，对工艺要求变得较苛刻， 大尺寸、大规格焊件在H A Z 区冷却速度相对过快时， 焊缝底层焊道会受到较大的拉伸拘束度F R 的作用， 这对氢的扩散、聚集及马氏体组织的相变程度均有明 显影响，这种情况会加强接头的裂纹倾向。同时， A 3 3 5P 2 2 材料对再热裂纹也较敏感。 可见，A 3 3 5P 2 2 钢整体的焊接性比较差，该钢材 在焊接过程中的控制重点是防止焊接接头的淬硬及 冷裂纹、再热裂纹的发生uJ 。裂纹敏感性高的材料在 焊接工艺控制要求上一般更严格。 收稿日期2 0 1 3 0 3 1 4 收修改稿日期2 0 1 3 一0 4 一0 1 2 焊接工艺 2 ．1 焊接方法选择 先在预制厂房内预制管道，再到野外管架上分段 组对。为了使焊接工作高效、高质完成，可利用不同 焊接方法进行组合焊接，以满足工艺条件。A 3 3 5P 2 2 厚壁管的焊接采用了组合焊接的方法打底选用手工 氩弧焊G T A W ，盖面采用手工电弧焊S M A W 和C 0 2 气 体保护焊F C A W ， 2 ．2 焊接材料的选用 根据以上3 种不同焊接方法，分别选用了牌号为 T G S 一2 C M 、S Q R 4 0 7 、C M A 一1 0 6 的焊接材料，焊材的 选择方式有以下特点从表1 的化学成分值可看出，选 用焊接材料与被焊钢材主要指标化学成分相当，符合 S H ／T 3 5 2 0 2 0 0 4 中关于“材料化学成分相当”的要 求；表2 中不同组合焊接方法中取样的2 组焊缝材料 抗拉强度o r 。值都略高于母材的抗拉强度，符合S H ／ T 3 5 2 0 2 0 0 4 中“熔敷金属的抗拉强度值应不低于母 材标准抗拉强度值的下限”的要求；具有良好的焊接 万方数据 3 6 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n tS e p ．2 0 1 3 工艺性能；选择S Q R 4 0 7 低氢碱性焊条，尽量减少焊接 过程中氢的来源。 从以上这些特点可以看出，焊材选用符合同母材 匹配的原则‘2 l 。 表1 母材与焊材化学成分比对 ％ 表2 熔敷金属测试值与母材机械性能的对比 2 ．3 坡口备置 采用u V 组合坡l Z l ，这种坡口有较好的消应力 结构、焊缝金属融合比小、焊缝收缩值小、热影响区 小、易于保证焊缝节点强度等优点，加工简单、高效。 由于A 3 3 5P 2 2 耐热钢有较强的淬硬倾向，不易火焰切 割，应采用机械加工方法。 2 ．4 线能量控制 焊接过程中，由于A 3 3 5P 2 2 钢对线能量的变化不 敏感[ 3 ] ，因此线能量的选用应从防止再热裂纹的产生 来考虑，采用较小的线能量可防止焊接过程中再热裂 纹的产生。 1 过大的摆动会增大线能量，并使焊缝的气体 保护效果下降。工艺要求S M A W 单焊道摆动宽度不 大于所用焊条直径的5 倍，F C A W 允许摆动2 ～1 2 m i l l 、G T A W 允许摆动2 1 0m m ． 2 焊接的层间温度控制在3 0 0 3 5 0 ℃之间，为 保证焊接层间温度，防止焊接裂纹的产生，2 名焊工要 对称施工。打底焊接完后，立即进行下一层的焊接， 并连续焊完。焊道的起始点位置相应相互错开，避免 焊接缺陷集中。 3 在不影响焊缝成型质量的前提下，应尽量选 用较低的电流和电压，选用较高的焊速以获得较低的 线能量，以达到缩小“过热区”范围，减小晶粒长大的 目的。 2 ．5 热处理工艺的控制 2 ．5 ．1 预热措施 A 3 3 5P 2 2 钢要求预热2 5 0 ～3 0 0o C ．直接预热到 3 0 0o C 开始焊接，会因为工作条件恶劣而降低效率，所 以焊接应采用跟踪预热的方法先加热板预热到1 8 0 ℃左右，打底时快速施焊，在焊接的同时，利用火焰增 加施焊位置的局部预热温度至3 0 0 ℃，火焰加热时温 度要均匀，以减少坡口两边应力。打底后，在整体预 热范围内继续加热到3 0 0o C 并保持1 0m i n ，接着用手 工电弧焊 C O 保护焊 施工。 焊接的层间温度应控制在3 0 0 ～3 5 0o C 之间，应略 高于或等于预热温度，以防止温度下降过快。在焊件 预热局部温度达到后，焊道应一次连续焊完，不能一 次焊完的应进行“后热”处理后再完成施焊。 2 ．5 ．2 后热保温 A 3 3 5P 2 2 钢要求焊缝加热到2 5 0 3 5 0 ℃，保温2 ～6h ．尽量在焊完后立即热处理，可省去“后热”工 序，否则保温3 5 0 ℃缓冷后2 4h 内进行热处理。 2 ．5 ．3 焊后热处理 焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与 热处理的温度和保温时间有关【4J ，因此温度参数的准 确控制对金属机械性能至关重要。 焊缝回火温度范围应控制在7 2 0 ～7 5 0c C 之间，保 温不少于4h ，升降温速度控制在1 1 0 。C ／h ．厚壁管在 利用加热板或加热绳进行加热时，整体的轴向温度分 布、环向温度分布和厚度方向温度分布都不均匀，特 别是环向温度和厚度方向温度在升温过程中均是外 表面温度高于内表面温度，形成温度差，因此需采取 措施保证热处理温度和保温时间准确、均衡管道两 端采取封堵措施，以防内表温面热量流失；当管道的 公称直径小于或等于3 0 0t o n i 时，每个焊接接头应安 置1 个热电偶测温计，当管道的公称直径大于3 0 0 m I n ，每个焊接接头应对称安置2 个热电偶测温计，发 现偏差及时纠正。 3 对工艺评定的评价 按J B 4 7 0 8 2 0 0 0 钢制压力容器焊接工艺评定 规定，焊接工艺方案拟定了2 组评定实验，以满足规范 需要，即G T A W S M A W 组合评定项目 1 和G T A W F C A W 组合评定项目 2 } } 。评定项目及结果如表 3 ～表5 所示。 工艺评定结果表明按工艺条件制作的2 组试件 各指标均满足规范及设计要求，证明该焊接工艺是可 万方数据 第5 期王涛A 3 3 5P 2 2 厚壁管道的焊接x - E 在g g _ x _ 中的应用 3 7 以用于实际施工的。 表3A 3 3 5P 1 2 管接头试样的拉伸试验结果 表4A 3 3 5P l l 管接头试样的弯曲试验结果 测试缺1 2 1 项目 序号位置 试验温度 A K V 2 ，℃，j 合格要求 4 工程实际效果 武汉8 1 0 5t 乙烯项目中的超高压蒸汽管道管廊 部分完成q 4 0 6 ．4 4 9 ．2 2 对接焊口9 8 道，按J B 4 7 3 0 2 0 0 5 ．3 要求需全部焊口1 0 0 ％U T 、I 级合格。通过 严格控制工艺，一次焊接检测合格率达9 8 ．5 ％，其中 裂纹缺陷发生率仅0 ．5 ％。管道经在经历1 4 ．5 M P a 的 强度实验后，焊缝未发生异常，硬度检测及焊缝光谱 抽查也均合格，达到设计要求。 5 结束语 焊接过程中，接头具有敏感的冷裂纹倾向及再热 裂纹倾向，对工艺要求较严，要保证工艺参数的正确。 除了材料本身的原因外，气温、湿度、风速等都会影响 实际工艺参数的准确性，因此采取必要措施确保工艺 参数准确，防止焊接过程出现裂纹。 3 种焊接方法比较而言，C O 气体保护焊F C A W 的焊接效率是手工焊的2 ．5 倍左右，主要缺点是防风 效果差。手工氩弧焊G T A w 背部成型良好，气体保护 效果好、无夹渣，但对工件清洁度要求高。手工电弧 焊S M A W 抗风效果好，对油污、水分等不敏感，对清洁 度相对要求不高。利用这3 种焊接方法相互组合，可 基本满足现场各种环境的施工。 参考文献 [ 1 ]洪卫．厚壁A 3 3 5P 2 5 钢管材的焊接．山西电力技术，2 0 0 0 3 2 3 2 5 ；3 1 ． [ 2 ] S H ／T3 5 2 0 2 0 0 4 石油化工铬钼耐热钢焊接规程． [ 3 ] 刘素，潘金柱，李双锁．避免A 3 3 5P 2 2 厚壁管氩电联焊产 生冷裂纹和再热裂纹的途径．石油工程建设，2 0 1 0 6 7 6 8 0 ． [ 4 ] 钱昌黔．耐热钢焊接．北京水利电力出版社，1 9 8 8 4 5 4 6 ． 作者简介王涛 1 9 7 0 一 ，工程师，主要从事石油化工装置管 道、压力容器等的维修及建设。 E m a i l 7 4 4 2 8 5 4 1 8 q q ．e o m 上接第2 4 页 [ 1 0 ] N E F F G E NJM ．P i g g i n ga n dI n s p e c t i o no fF l e x i b l eP i p e ． P i p ep i g g i n ga n dI n t e g r i t ym o n i t o r i n gC o n f e r e n c e H o u s t o n ， 1 9 9 0 2 9 3 4 ． [ 1 1 ]林俊明．漏磁检测技术及发展现状分析．无损探伤， 2 0 0 6 ，3 0 1 1 5 ． [ 1 2 ] 刘慧芳，张鹏，周俊杰，等．油气管道内腐蚀检测技术的 现状与发展趋势．管道技术与设备，2 0 0 8 5 4 6 4 8 ． [ 1 3 ] O U TJMM ，K R O N E M E I J E RDA ，W A NPJ ，e ta 1 ．T h eI n - t e s r i t yo fP l e x i b l eP i p e S e a r c hf o ya nI n s p e c t i o nS t r a t e g y ． E n g i n e e r i n gS t r u c t u r e s ，1 9 9 5 ，1 7 4 3 0 5 3 1 4 ． [ 1 4 ] 周正干，冯海伟．超声导波检测技术的研究进展。无损检 测，2 0 0 6 ，2 8 2 5 7 6 3 ． [ 1 5 ] 董为荣，帅健．管道超声导波检测技术．管道技术与设 备，2 0 0 6 6 2 1 2 3 ． [ 1 6 ] M A R I N H OMG ，C A M E R I N ICS ．N e wT e c h n i q u e sf o rI n - t e g r i t yM a n a g e m e n to fF l e x i b l eR i s e r - e n dF i t t i n gC o n n e e - - t i o n ．P r o c e e d i n g so ft h eA S M E2 7 山I n t e r n a t i o n a lC o n f e r - e n e eo nO f f s h o r eM e c h a n i c sa n dA r c t i cE n g i n e e r i n g ．p a p e r O M A E 2 0 0 8 5 7 9 2 9 ，E s t o r i l ，P o r t u g a l ． [ 1 7 ] 廉纪祥，沈跃．管道远场涡流检测技术的进展．油气储 运，2 0 0 4 ，2 3 7 1 4 1 6 ． [ 1 8 ] 李贵娥，麻红昭，沈家旗，等．电涡流检测技术及影响因 素分析．传感技术学报，2 0 0 9 ，2 2 1 1 1 6 6 5 1 6 6 9 ． [ 1 9 ] S O U Z AL ，F I L H OS ．F l e x i b l eP i p eI n t e g r i t yM a n a g e m e n t ． P r o c e e d i n g so ft h eA S M E2 2 凼I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo n O f f s h o r eM e c h a n i c sa n dA r c t i c E n g i n e e r i n g ．p a p e r O M A E 2 0 0 3 3 7 3 3 7 ． [ 2 0 ] B E R G ES ，O L U F S E NA ．H a n d b o o ko nD e s i g na n dO p e r a - t i o no fF l e x i b l eP i p e sS I N T S F ．S m 0A 9 2 0 0 6 ，T r o n d h e i m ， N o r w a y ．1 9 9 2 ． 作者简介蒋晓斌 1 9 7 9 ～ ，工程师，主要从事海洋管道防腐、 保温及配重技术研究和服务工作。 E - m a i l j i a n { v , b 3 e l l o o e ．c o m ．e n 万方数据