15CrMo鋼管道的焊接

李相坤

（蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060）

15CrMo鋼管道的焊接

Welding of 15CrMo pipes

李相坤

（蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060）

在神華榆林某大型石化項目的建設(shè)中，大量采用了15CrMo鋼管，本文重點對15CrMo鋼管焊接的主要工序進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。

15CrMo 鋼管；焊接；熱處理

15CrMo鋼管以其良好的熱強性能，在石油化工項目中，常被用于高溫、高壓蒸汽管線。但其較明顯的淬硬傾向卻給實際施工帶來了一定難度。如果過程控制的不好，焊縫產(chǎn)生裂紋或者力學(xué)性能達(dá)不到強度要求，將會對運行使用安全造成非常大的影響。

1 15CrMo鋼管道的焊接

1.1 15CrMo鋼的焊接性分析

15CrMo鋼是以鉻鉬為基本合金元素的合金鋼，其金相組織為珠光體。15CrMo鋼管的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1和表2所示。

1.2 15CrMo鋼管道的主要焊接工序

在實際施工過程中，一般是先預(yù)熱，再焊接，然后進(jìn)行無損檢測，出現(xiàn)不合格便進(jìn)行返修，合格后再做熱處理。所以，15CrMo鋼管道的焊接工序主要為以下內(nèi)容。

（1）焊前準(zhǔn)備。①焊接方法。由于鎢極氬弧焊的焊接氣氛有超低氫的特點，有利于防止氫致裂紋的產(chǎn)生。故采用鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充、蓋面的焊接方法。②控制氫的來源。焊縫中的氫主要來源于母材和焊接材料，母材和焊絲中的鐵銹、油污等在焊接高溫下會產(chǎn)生氫，擴散到焊縫中去，因此焊前一

表1 15CrMo鋼管的化學(xué)成分 %

表2 15CrMo鋼的力學(xué)性能

從表1和表2可以看出15CrMo鋼的合金元素以Cr和Mo為主。鉬的熔點高，鉻與氧高溫時能形成致密的氧化鉻，提高了鋼管的高溫抗氧化性，從而使材料強度得到提高，但卻大大降低了材料的韌性，使15CrMo鋼產(chǎn)生淬硬性強的缺點，增大了冷裂紋的敏感性。定要徹底清理坡口面和焊絲表面的污物、鐵銹等。選用低氫型焊條施焊，焊前按規(guī)定嚴(yán)格烘干，取用時用焊條筒保溫。③焊接材料的選擇。為保證接頭與母材具有相同的熱強性能，焊縫金屬必須具有與母材相當(dāng)?shù)你t、鉬含量。因此，氬弧焊打底一般采用直徑為2.4的H13CrMoA焊絲，其化學(xué)成分見表3。手工電弧焊的焊條采用E5515-B2（R307），直徑為3.2，其化學(xué)成分見表4。

表3 H13CrMoA焊絲的化學(xué)成分 %

表4 E5515-B2（R307）焊條的化學(xué)成分 %

（2）預(yù)熱。預(yù)熱是保證焊接質(zhì)量的重要手段。它減小了焊接區(qū)的溫度梯度，降低了焊接接頭的內(nèi)應(yīng)力，減少或避免了淬硬組織的形成。它還使焊接區(qū)在100℃以上溫度的停留時間延長，有利于擴散氫從焊縫金屬中逸出，減少氫的含量，可以有效防止冷裂紋的出現(xiàn)。

預(yù)熱工序的關(guān)鍵是控制管道要受熱均勻，保證焊口兩側(cè)及內(nèi)外壁的溫度相差不大，以免造成部分過熱，部分未熱，導(dǎo)致焊接時易出現(xiàn)裂紋。施工中，采用的是電加熱法，熱電偶測量溫度。其優(yōu)點是加熱均勻，溫度容易控制。預(yù)熱的溫度一般為150～250 ℃，加熱范圍為焊縫兩側(cè)100～150 mm。

（3）焊接。這是最主要的關(guān)鍵控制工序。焊接時，盡量不要停頓，每條焊縫一次連續(xù)焊完。焊接時，要做好防風(fēng)、防雨等準(zhǔn)備，還要注意每層的接頭應(yīng)錯開；焊完后，要立即層間清理，并做外觀檢查，如有缺陷，需清除后再進(jìn)行下一層焊接。①控制層間溫度。由于采用薄焊道多層焊，所以必須確保每層焊縫及熱影響區(qū)的溫度，使其不低于預(yù)熱溫度（使用紅外線溫度儀能夠簡便、準(zhǔn)確的測溫）。若低于規(guī)定的預(yù)熱溫度，則必須進(jìn)行加熱再施焊。這樣，保證熱影響區(qū)間性能變化始終很小，焊縫區(qū)才不會淬火變硬，從而避免裂紋。但溫度也不能加熱太高，以免過燒，導(dǎo)致晶粒粗大，性能降低。另外，在焊接中把管道端口封閉，可以防止熱量散失，減緩焊接區(qū)溫度的降低。②其它因素。氬氣的流量是氬弧焊中一項重要的參數(shù)。氬氣的流量越大，保護(hù)層抵抗流動空氣影響的能力越強，因此保護(hù)效果越好。但氬氣流量過大時，保護(hù)層會產(chǎn)生不規(guī)則流動，易使空氣卷入，反而降低了保護(hù)效果。氬氣的流量一般控制在10～15 L/min，氬氣的純度不能低于99.96%。

（4）后熱。后熱也是防止冷裂紋的一項重要措施，其作用首先是降低了焊接接頭低溫轉(zhuǎn)變區(qū)的冷卻速度。其次，后熱延長了接頭在100 ℃以上溫度區(qū)間停留的時間，使焊縫金屬中的氫有充分的時間向外擴散。后熱要在焊后立即進(jìn)行，后熱溫度一般為300～350 ℃并且用石棉布將焊縫及近縫區(qū)嚴(yán)密覆蓋，使之起保溫作用，讓焊縫及近縫區(qū)緩慢冷卻，并且時間不得少于15 min。

（5）無損檢測。按照規(guī)范要求是在焊后24 h之后方能進(jìn)行，主要是為了防止產(chǎn)生延遲裂紋，一般檢測的手段是對每名焊工施焊的焊縫按規(guī)定比例進(jìn)行射線探傷。

（6）焊后熱處理。焊縫經(jīng)外觀檢查和無損檢測合格后，要進(jìn)行650～700 ℃的高溫退火，即焊后熱處理采用的方法仍然是電加熱（熱電偶測量溫度），其目的主要是消除焊接殘余應(yīng)力。由于焊接殘余應(yīng)力是一種局部效應(yīng)，大約在焊縫兩側(cè)200～300 mm以外就沒有該應(yīng)力，所以，焊后熱處理的加熱范圍為焊縫兩側(cè)25～150 mm，加熱區(qū)域以外的100～500 mm范圍內(nèi)予以保溫。

熱處理之前，首先要確認(rèn)熱處理設(shè)備是否完好且能實現(xiàn)自動控制。施工中，必須做好防風(fēng)、防雨措施管道端口用保溫棉封閉。熱處理過程的關(guān)鍵在于控制恒溫的溫度和時間，如果熱處理恒溫時間達(dá)不到要求焊縫內(nèi)部殘余應(yīng)力未能較好地消除，就會造成應(yīng)力腐蝕，產(chǎn)生裂紋。

對熱處理工序控制的重點應(yīng)是檢查熱處理的實際溫升曲線，同時配合硬度檢測，以此來判斷有無達(dá)到要求。目前，國內(nèi)熱處理設(shè)備大部分帶有打印機來打印曲線。硬度檢測遵循相關(guān)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行抽檢，每個焊接接頭檢查3處，每處測三點，焊縫、熱影響區(qū)和母材各一點。

2 結(jié)論

15CrMo鋼管道的焊接相對其它碳鋼管道難度較大，焊接工藝要求較高，質(zhì)量控制較為復(fù)雜。因此，在實際施工過程中。

（1）采用成分相當(dāng)?shù)腍13CrMoA焊絲氬弧焊打底，以及R307焊條手工電弧焊蓋面的焊接方法。

（2）焊前要預(yù)熱，并保持層間溫度，焊后及時后熱，無損檢測合格后再做焊后熱處理。

總而言之，運用以上措施可以減少淬硬組織及氫的危害，防止裂紋產(chǎn)生，獲得性能優(yōu)良的焊接接頭。

［1］ 石油化工鉻鉬耐熱鋼焊接規(guī)程（SH/T 3520-2004）.

［2］ 中國機械工程學(xué)會塑性工程學(xué)會.焊接手冊（第二版），第2卷，材料的焊接.機械工業(yè)出版社，2001.

［3］ 劉云龍主編. 焊工技師手冊.機械工業(yè)出版社，2000.

TG457.6

1009-797X （2015） 18-0022-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.011

李相坤（1984-），男，畢業(yè)于西安石油大學(xué)，從事工程建設(shè)項目管理工作。

2015-08-25