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～ 亡 ＆C T e c h n o lo g y _ _ 醺 一 AS T M A3 3 5 - P 2 2 高温高压管道的机动 杨柏胜 中国天辰工程有限公司天津3 0 0 4 0 0 摘要本史 在分析_r A 3 3 5 一 P 2 2 高温高压管道材料的焊接性基础 ， 制定了焊接及热处理1 艺， 通过对凼 现有机动 设 备的比选 ， 选择 了适宜的焊接机械结 构 ； 整体提 出了 套切实可 行的高压管通 机动焊焊接 施工 疗案 ， 经 程 实 践应 用取得 了较好 的成效 。 关键词 A S F M A3 3 5 一 P 2 2 焊接性 机动焊接 热处理 工厂布局 没计 中图分类号 F E 8 2 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 9 3 2 3 2 0 1 4 0 6 0 0 6 1 0 3 A S T M A3 3 5 一 P 2 2 属低合金耐热钢 ， 由于具 有耐高 温、 抗 氧蚀、 抗氧化以及 良好的热强性能， 被广泛应用于电站、 核能、 石 化行业中， 近年来多见下大型乙烯成套装置工程设计中， 用于输 送超高压蒸汽。以 1 0 0万 t ／ a级乙烯装置为例 ， 用于输送产自裂 解 炉 的超高 蒸汽 的管 线系统 ，总 焊 接工 作量 可达 l 万 D 卜 a - i ／ 1 c h ， 最火 管径可达 6 1 0 mm， 最大厚 度可达 7 3 ram， 焊接] 一 作量 非常_人。凶施lT现场环境较 差 ，加之优 秀焊 工资源少成本 高 ， 焊接质最 也不 易控 制 ， 采用传统的手 『 焊接方 法 易造成_T期 紧张， 施工成本人幅增】 J l1 等困难。为此， 采用机动焊焊接方法施 焊 ， 引入 - r 化管道预 制模 式进行深度预 制 ， 来提高 焊接生产效 率 ， 保证焊接施工 喷量 ， 降低焊工需求数昂 。 本文将 从材料的焊接性 ， 机动焊接工 艺制定 ， 预 制工厂设计 等方 而阐述 。 1 A S T M A 3 3 5 -P 2 2的焊接性 1 ． 1化学成分及机械性能 依据材 质汪H J 】 ， 见丧 1 。 1 ． 2焊接性分析 l I I r A S T M A3 3 5 一 P 2 2钢 『 } |C r 、 Mo 疋素含 较离 ，将 菩地提 高钢 的淬硬性 ，推迟钢 冷却过程 中的转 变 ，提 高过 冷奥 氏体 的稳 定性 ，特别是当焊件规格尺寸 大 ，相对冷却速度 较快 ，致使热影响区 HAZ 冷却速度过 快时 ，可能 形成马 氏 体成分较高的淬硬组织。按国际焊接学会 I 1 w推荐的碳当量 公式 C E [ W c W Mn ／ 6 [ W C r W Mo W V 】 ／ 5 [ W f Ni W C u ] ／1 5 计算得 出其碳 当罱最大 值 C E ma x 0 ． 9 9 6 ％，远火 于钢 淬硬敏感界线值 0 ． 4 5 ％， 说明其焊接淬硬倾向很大。加之_丁件较 厚 ， 接头会 有一定 的拘 束应 力， 说明 其易产生 冷裂纹 ， 需婴 采用 较高的预热温度和严格的焊接工艺措施和焊后热处理措施。 1 ． 3焊接性能 作为一种低 合金 凋质钢 ， 2 ． 2 5 C r一 1 Mo 钢在焊 接时 容易 遇到 以下 问题 1 焊接热影响区对焊接线能量较敏感， 如果焊接冷却速 度控制不 当， 容易 导致焊接 热影响 过 热区韧性大幅度下 降； 2 由下该钢淬硬 倾 向较 大 ， 焊 接冷 去 lj 过程 中焊 接热 影响 区容易产生 马氏体组织 ，加 之大厚度钢管在焊接时拘 束 力较 大 ， 如 果焊接工 艺措施 当 ， 很容易产生冷裂纹。 一 般情 况下 ，防止冷裂纹常 采用提高预热温度 及焊接 线能 量的方法 ，但过高的预热温度 及焊接 线能龟往往造成热影 响 表 1 A 3 3 5 - P 2 2主要 化学成分 ％ 及机械性 能 Ⅵ n C S i 口 l M 。 I s ／ e 1 。 s ／ M P a ～ 0 ． 6 ≤ 0 ． 1 5 ≤ 0 ． 5 0 1 ．9 ～ 2 ．6 1 0 ．8 7 ～ 1 ． 1 3 I d 0 ．0 2 5 I； 2 0 5 6 ／ ％ 4 D i 纵 3 0 ／ 横 2 0 石 油 化 工 建 设 2 0 1 4 0 6 l 67 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m E＆ c T e c h n o lo g y 孺嗫 一 过热 区的脆化 ， 接头韧性得 不到保证 。 2机械焊接工艺及试验 2 ． 1焊接方法及设备选用 在充分认知了厚壁 A S TM A3 3 5 一 P 2 2钢管的焊接性能之 后， 即可有针对性地选择焊接方法并制定焊接工艺。 目前可应用 于压 力管道对接焊缝接头批量生 产的机动焊焊 接方法包括钨极氩弧焊、 熔化极气体保护焊、 埋弧焊三种， 其中 以埋弧焊方法相对焊接质量好， 生产效率高， 易于实现自动化 ， 且适用于厚大工件焊接 。但是埋 弧焊焊 接线能量 高 ，电弧力较 大， 进行根焊接时需加衬垫， 不适用于工业管道对接焊缝接头的 批量生产。采用钨极氩弧焊接的机动焊焊接方法仅适用于薄壁 管道接头或换热器管板角接接头。熔化极气体保护焊的焊接质 量不易保证， 飞溅大 ， 且多要求使用混合气体， 而气体混合配比 不易控 制， 不适于质量要求严格的重要 工业 管道 接头。 手工无极 氩弧焊具有焊接质量高， 无渣， 清洁且操作灵活等特点， 熟练掌 握 钨极氩弧焊 技能的管焊 工 比较多 见。故选用手工钨极氩 弧焊 接方法进行根焊 ， 埋弧焊填充盖面的组合方 法进 行焊接 。 2 ． 2焊材选配 依据 AS ME标准第Ⅸ卷推荐的焊接材料， 氩弧焊选用符合 AWS 5 ． 2 8 E R 9 0 S B 3标准型号的焊丝 ， 直 径 中2 ． 4 ； 埋弧焊选 用符合 AWS 5 ． 2 3 E B 3标准型号的焊丝 ，直径以 中3 ． 2或 中4 ． 0为宜， 焊剂选择大西洋生产的 C HF 6 0 3 ， 此种焊剂具有焊 缝金属不增硅不增碳的特点。 其中埋弧焊丝的选用应特别慎重， 对其化学成分的符合性要经过验证 。 2 。 3焊接工艺 2 ． 3 ． 1坡 口型式 鉴于接头较厚 ， 从保证熔敷率、 节约焊材、 便于加工等方面 考虑 ， 采用双 V型坡 口形式， 应用管道坡 口机加工 ， 见图 1 、 图 2 。 圈 1 坡口形式示意图 2 ． 3 ． 2拟定焊接 工艺参数 基于前述焊接性能分析，依据经验值在计算焊接线能量的 基础 上 ， 拟定工艺参数 见表 2 ， 其 中采 用钨极 氩弧焊 焊接根部 2 层是为了防止埋弧焊起弧时因瞬时电流较大 生烧穿。 2 ． 3 。 3预热及热处理 以 7 3 mm 厚焊 件为例 ，焊 接预 热及层间温度为 3 0 0～ 3 5 0 C。焊至壁厚 2 2 mm～2 8 ram 时，进行中间射线检验之 6 2 I 石 油 化 工 建 设 2 0 1 4 ． 0 6 图 2管道坡口机照片 表 2焊接工艺参数 挚 酗 | ≯ 。 G T A W N 层数 第 1 ～2层 第 3 ～n层 焊条 丝 牌号／型号 A W S 5 ． 2 8 E R 9 0 S 3 A WS 5 ． 2 3 E B 3 ／ C H F 6 0 3 焊条 丝 直径 q 2 ． 4 D 3 ． 2 ／ q 4 ． 0 电流 安 1 0 5 一t 1 0 4 2 O ～5 5 0 焊 电压 伏 1 6～1 8 3 0～3 5 接 焊遵循l 米 分 8 1 O 8～1 2 规 I 范 保 护 气 体 『正 面 9 9 ． 9 5 ％ A r 8 ～ 1 5 ／ k ／ M in I背 面 ／ ／ ／ ， 前，采用后热处理办法进行焊后消氢处理，后热温度为 3 5 0 ～ 4 0 0 V， 恒温 2 h后降温至 3 o 0 ℃以下空冷至室温。无损检验完毕 后重新预热焊接至全部焊完后 ，在短时间内进行高温回火处 理 ，温度依次选用 7 2 7 ～7 4 7 ℃， 恒 温 4 h，不拆保温降温冷却 至 室温。 进行中间射线检测的目的是防止焊接完毕后， 底层焊道缺 陷清除及补焊难度大， 当工艺成熟后可省略此步骤。 热处理温度 曲线见 图 3 。 图 3预 热及热处 理曲线示意 图 图 4焊接设备照片 2 。 4焊接设备选用 拟定了焊 接和热处理工 艺参数后 ，I_ IJ 要选 择满足工艺要求 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3焊件理化及机械性能试验结果 E＆ c T e c h n 0 【o g y 工程技 术 l I ； 、 M n 。 I 一 。 | b≯ ％ o ． 7 5 } 0 ． 0 7 I o ． 2 F 2 ． 2 5 f 1 ． 0 I d O ．0 2 } ； 5 6 5 ≥ 6 2 0 2 1 的设备。 手工钨极氩弧焊选用普通逆变焊机即可实现， 而机动焊 焊接设备的选择则主要从以下』 L 个方而考虑 1 焊接电源要能够实现焊接工艺参数即要有足够的输出 电流； 2 焊接机械结构要满足多方面要求， 一 方面要有一定的 承载能力和驱动能力以适应厚壁钢管接头；一方而要便于热处 理用电加热丝的缠绕以保证层问温度控制的要求； 3 焊接机 械结 构要便于厚 壁钢管接头装卸 以保证 生产效 率 。 目前 国内应 用的管道机械 化焊 接设备 中，普通 弯管焊接机 载 重能力 均不超 过 1 0 t ， 工件为厚 壁钢 管对接接 头 ， 当出现 2 个长肖 管段对 接焊件时其重量 会达到 2 1 t ， 明显 不适 用。经过计 算和试用， 选用常规十字架式埋弧焊机， 靠丁件与驱动滚轮之间 产生的摩擦力来保证工件匀速转动，弯头与直管对接接头可通 过增 加配 雨的 形式 ，能够 满足对 机 械结 构 的要求 。 合 2台 L I NC O N DC - 6 0 0电源， 额定输出电流为 6 0 0 A， 能够实现焊接 工艺参数的要求。焊接设备见图 4 。 2 ． 5焊接实施 使用上述设备按照拟定的焊接工艺和热处理工艺参数施焊， 通过工艺评定的系列试验得出熔敷金属化学成分和机械性能 上接 6 0页 两端反射波信号最大值之间的距离为缺陷指示长度 见图4 。 用于对照的“ 距离波幅” 曲线图， 应以检测时所用探伤 仪和探头在对比试块上实测所得的数据绘制 ， 并划分区域 波幅 在评定线与定最线之间为 I区；波幅在定量线与判废线之间为 I I 区； 波幅在判废线以上为Ⅲ区 ， 曲线图可绘制在坐标纸上或 仪器 面板上 ， 见 图 5 。 5 ． 3 ． 3 无损检 测其他方面的要求 施工单位或建设单位委托的检测机构和检测人员要有相应 的等级资格证书， 且只能从事与该等级相应的无损检测工作； 上接 5 4页 就聚乙烯而言， 原料精制单元和脱气仓单元是生产准备的 前 期l_ [ 作。 1 精制单元足装置生产的源头， 从 艺完整性检查整改、 酸洗 、 管道 气J瞢、 内件安装 、 设 备封 闭等都要保 证生产 团 队进 行 催“f E N 的装填和精 制氮封 工作。 2 } 臼 于聚乙烯化一 1 装置采用倒开车， 先会打通脱气仓至 成品包装单元。系统粉料装填会成为生产引队的_ [ 作雨点。L大 】 此， 脱气仓单元的_丁艺完整性、 风送系统的工艺完整性、 风机的 见表 3 。 从表 3数据得出， 焊缝的化学成分和机械性能与母材 表 1 相较完全符 合要求。 而在焊接过程 中通过对层问温度的观测 ， 在 采用埋弧焊时在不采用加热丝加热的情况下，只需连续焊接层 问温度始终保持在 3 0 0 C以上。需要说明的是当焊 近表层叫‘ ， 层间 温度 会超 过 5 0 0 C， 虽 然此类材料 不易产生 热裂纹 ， 考虑驱 动滚轮与钢管接触面为橡胶材料，要中断焊接待自然冷却至约 3 0 0 C时再继 续施焊 。 本文详细论述了针对厚壁 AS T M A3 3 5 一 P 2 2钢管的焊接 性能， 并以此为依据选择焊接方法及没备， 形成了⋯ 套切实可行 的机动焊焊接施 工方案。 在工程实践中， 应用此套方案配合管道 工厂化预制方法易于实现流水线作业， 生产效率明显提高， 使得 经济效益较为突 出。 参考文献 1焦伟 ， 张静 ， 张显辉 ． 2 ．2 5 C r 1 Mo锕焊接热影响区组织、 韧性 及其 冷裂敏 感性畿 悍接 2 0 0 0 6 2 付美平A3 3 5 f 2 2主蒸汽管道焊接 工艺研 究 云南 电力技 2 0 0 1 年 第 1 期 3洪卫． 厚壁 A3 3 5 P 2 2 钢管材的焊接． 山西电力技 2 0 0 0年 第 3 期 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 6 1 2 由于超声检测对检验人员的判断缺陷技术要求较高，且有 的超 声检 测技术不能留下书面的检验记录备查 。 因此 ， 应 优先选 片 j 射 线透 照检 测， 在现场实 际情 况无法进行射线透照检 测时 ， 必 须经设计和建设单位 同意 ， 才能用超声检 测代替。 v射线或 X射线对人体有不良影响， 必须确保操作人员及 周边 人员的安全 ，射线辐射 防护应符合 GBl 8 8 7 1 、 G B1 6 3 5 7 、 G B1 8 4 6 5的有 关规定 。作业前必须办理审批手续 ， 提前通告 ， 根 据射线的影响范围， 做好警戒、 隔离、 辐射监测等措施。 收稿 日期 2 0 1 3 1 0 2 4 单体 试车 、 风送 系统 的仪 表连锁 、 料仓 的封闭 、 过滤 器滤芯 的安 装、 拆包站的投用、 称蘑系统的投用等都要保证粉料装填lr 【 作。 在安装施工过程中， 只要做到严格进行施 I 前的策划准备、 制订俞理的施 流程 、 严格 按要求执行每道T 序， 对关键部 似重 点检查严格 工 艺纪律 ， 便 可很好地控制 项 目施 工、 质量 、 进度 的 整体运行 。该项 目 自 2 0 1 0年 4 J J 投产 今运 行 良好 ， 为 今后同 类装置的安装积累 』 ’ 一定经验。 收耥 日期 2 0 1 4 -0 5 3 0 l ，’ ，’ 石 油 化 工 建 设2 0 1 4 ．0 6 f DJ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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