P9钢管焊接性分析

鞠小虎

摘 要： 针对P9钢管焊接性分析，通过可焊性分析，选用相应的的焊接方法、焊接坡口、焊接材料和无损检测，确定了合适的焊接工艺并应用于生产。

关键词： A335P9 ;裂纹;焊接工艺

【中图分类号】TG47 【文献标识码】B 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.223

1 前言

ASTM A335 P9钢管是炼化工程中常见的一种铬钼合金耐热钢管，因其在高温下具有很高的强度、抗氧化性以及耐腐蚀性能，广泛用于 炼化装置中许多高温高压、易燃易爆的场所。

2 焊接性分析

某大型化工企业一套设备，主要采用P9合金钢管。钢管规格Φ141.3X6.55X13000，材质及标准为ASTM A335P9、炉管应采用热轧工艺制造，其制造和检验等符合ASTM A335/A335M的要求;所有钢管均为无缝管，并应该按供货范围规定长度整根交货，单根炉管不得有对接焊缝;炉管外观质量要求;无裂纹、划痕、压痕、凹坑、褶皱、重皮等表面缺陷。ASTM A335 P9钢管由于是一种铬钼合金耐热钢管，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。并且焊接时易产生冷裂纹、再热裂纹和延迟裂纹，所以要求焊前预热，焊后热处理。

2.1 冷裂纹

焊接接头冷却到较低温度下時产生的焊接裂纹叫冷裂纹。主要发生在重碳钢、高碳钢、低合金高强钢、中合金钢高强钢、马氏体不锈钢的焊接热影响区，一些超高强度钢、钛合金有时也出现在焊缝中。焊接冷裂纹主要分布在焊道下、焊缝根部、焊趾、焊缝表面，具有沿品及穿晶断裂特征，断口明亮有金属光泽。焊接冷裂纹包括淬硬脆化裂纹、延迟裂纹、低塑性脆化裂纹。

2.2 再热裂纹

焊接后，在消除残余应力热处理或不经任何热处理的焊件，在一定条件下产生沿奥氏体晶界发展的裂纹。事实上再热裂纹是低合金高强钢焊接性要解决的主要问题之一，特别是某些含有较多碳化物形成元素（如Cr，Mo，V），并可产生沉淀碳化物的低合金高强钢和热强钢厚板焊缝中，往往就会在焊后消除应力热处理过程中产生再热裂纹[1]。

2.3 延迟裂纹

延迟是冷裂纹的一种，是由于塑性储备、应力状态以及焊缝金属中氢含量等综合作用而产生的焊接裂纹。具有孕育期的冷裂纹称为延迟裂纹。延迟裂纹不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一段时间产生的。

延迟裂纹主要发生在低合金高强钢中，主要与焊缝含扩散氢、接头所承受的拉应力以及由材料淬硬倾向决定的金属塑性储备有关，是三个因素中的某一因素与相互作用的结果。

3 焊接工艺

3.1 焊接方法选择

炉管焊接一般采用手工钨极氩弧焊打底、手工电弧焊进行填充和盖面焊接。焊材使用前应严格的烘干、保温，焊丝使用前应清除焊 丝表面的油污、铁锈。氩弧焊打 底焊接时管内充氩保护，采用焊条电弧焊时，必须采用低氢碱性药皮焊条。

3.2 坡口制定

坡口形式采用单V形坡口。

3.3 焊接材料选择

选用的焊接材料为焊丝ER80S-B8和焊条E8015-B8。

3.4 焊接工艺参数和焊条成分如表1所示。

3.5 施焊前准备

焊条在使用前应按其出厂说明书的规 定进行烘干。焊丝使用前，必须清除锈斑和油污，并露出金属光泽。为了防止管内侧焊缝氧化或过烧，管内进行充氩保护，向管道内充干燥的、纯度99.9%以上的氩气。焊接前，应先将坡口端部以内20mm范围内的氧化皮、水、油污等清除干净，并用砂轮打磨直至露出金属光泽。焊接前应对焊接坡口进行100%硬度检测、HB≤母材硬度，表面100%PT检测合格后方可焊接。

3.6 焊前预热

预热方法采用电加热，预热升温应缓 慢而均匀，防止局部过热。预热温度的测量，宜采用触点式温度计，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。

3.7 焊接及焊后热处理

焊接时应采用多层多道焊接方法。底层焊缝采用氩弧焊方法进行焊接。打底时管道内侧应充氩气保护，以防止打底层氧化。底层焊道完成后一般应立即进行下一层焊道的 焊接，且应在保持预热温度的条件下，焊缝一次连续焊完，如中断，应立即进行温度为300℃一350℃、时间15min-30min的后热处理，然后保温缓冷至室温。再焊接时应对焊缝进行检查，确认无裂纹等缺陷后方可按原焊接工艺规程继续进行焊接。

焊缝焊后不能及时进行热处理，应立即进行后热消氢处理，具体方法是将焊缝加热至300℃～350℃，恒温1小时，然后缓冷至室温。

焊后热处理能消除焊接残余应力，改善焊缝组织和力学性能，这是防止延迟裂纹的重要措施之一。焊接完成后如果不能立即进行焊后热处理，及时进行300～350℃保温，15～30min的后热处理，然后缓冷，再进行正式热处理。

3.8 焊接检查

所有对接焊缝应按NB/T47013进行100%射线检测，合格等级为Ⅱ级。无损检测应在焊后24小时后进行。

所有对接焊缝应按NB/T47013.5进行100%渗透检测，合格等级为I级。

4 注意事项

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。要注意弧坑裂纹的产生，弧坑裂纹是导致整个焊接失败的主要原因，因此在收弧处要快速的点弧焊填满弧坑，避免弧坑裂纹的产生。

5 检测

按GB151-1999《管壳式换热器》、HG20584-2011《钢制化工容器制造技术要求》、GB150-2011《压力容器》焊缝经过外观、PT和RT检测全部合格，力学性能均达到要求，水压试验完全达到要求[2] 。

6 结论

文章主要分析了ASTM A335 P9钢管的焊接，制定了焊接工艺，并保证了焊接质量积累了的焊接经验。

参考文献

[1] 斯重遥.焊接手册（2版）第二卷.北京.机械工业出版社.1992.