延迟焦化装置加热炉铬钼合金钢管道焊接技术分析

作者简介：黄伟（1980-），男，助理工程师。研究方向为设备监造。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.041

摘" 要：延迟焦化装置可以将石油焦去除，同时符合节能环保的工作理念，因此当前在石油化工行业广泛利用延迟焦化装置。因为延迟焦化装置加热炉处于高温和高压的环境中，再加上材料自身特征的影响，因此在铬钼合金钢管道中经常会出现裂纹等问题，影响到设备运行的稳定性。因此，需要加强研究延迟焦化装置加热炉铬钼合金钢管道焊接技术，针对当前存在的问题提出针对性改进措施，对于实际工作起到参考作用。

关键词：延迟焦化装置；加热炉；铬钼合金钢管道；焊接技术；焊接程序

中图分类号：V445" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）21-0173-04

Abstract： Delayed coking unit can remove petroleum coke and conforms to the working concept of energy saving and environmental protection， so delayed coking unit is widely used in petrochemical industry. Because the heating furnace of delayed coking unit is in the environment of high temperature and high pressure， coupled with the influence of material characteristics， cracks and other problems often occur in chromium-molybdenum alloy steel pipe， which affect the stability of equipment operation. Therefore， it is necessary to strengthen the research on the welding technology of chromium-molybdenum alloy steel pipe in the reheating furnace of delayed coking unit， and put forward corresponding improvement measures in view of the existing problems， which can be used as a reference for practical work.

Keywords： delayed coking unit; heating furnace; chromium-molybdenum alloy steel pipe; welding technology; welding procedure

铬钼合金钢具有较高的强度和耐腐蚀性，因此主要作为高温高压容器的原材料。延迟焦化装置的铬钼合金钢管道需要满足高温高压条件，同时要具备较长的使用寿命，因此需要保障铬钼合金钢管道焊接质量。本文针对延迟焦化装置加热炉铬钼合金钢管道的焊接技术提出针对性的优化措施，提高延迟焦化装置应用的科学性。

1" 铬钼合金钢管道的材料特点

①高耐腐蚀性：通过添加铬和钼，可以使钢材料的耐腐蚀性得以提升，在腐蚀性环境中，可以增强铬钼合金钢管道的耐受力。②耐高温性：通过引入钼，可以使钢材料的抗高温性能得以提高，因此可以在高温环境中利用铬钼合金钢管道[1]。③良好的机械特性：铬钼合金钢的强度和韧性比较显著，同时还具有显著的抗拉强度和抗压强度等。④宏观状态：铬钼合金具有固溶体和二次相，在一定程度上影响到焊接和加工质量。

在石油化工行业发展过程中广泛利用铬钼合金钢管道，铬钼合金钢中添加了铬和钼元素，具有较高的强度，逐渐提高温度之后，将会改变碳素结构钢的强度，提高温度之后将会降低碳素结构钢的强度，为了保障钢的强度，在钢中可以加入V（钒）、Cr（铬）等，这就是石化行业中常用的铬钼合金钢。但是铬钼合金钢自身材质特点，因此在使用过程中很容易产生裂纹问题，因此提高了整体焊接难度，增加了行业发展过程中的安全问题，因此需要加强研究铬钼合金钢管道焊接技术，掌握相关技术要点，提高整体焊接质量。

2" 延迟焦化装置加热炉铬钼合金钢管道焊接工艺

2.1" 延迟焦化装置加热炉焊接方法的选择

铬钼合金钢具有耐腐蚀性和抗氧化性，当前在石油化工行业中广泛利用。但是铬钼合金钢缺乏焊接性能，在实际应用过程中很容易出现裂纹，因此需要合理选择焊接技术。当前比较常用的焊接方法包括氩弧焊，氩弧焊可以保障焊接电弧的稳定性，同时可以提高焊缝的致密性，最终成形比较美观[2]。但是工作效率相对较低，需要投入较高工作资金，通常是在焊接薄件时利用氩弧焊。电弧焊属于一种传统技术，有利于提高焊接速度，同时可以保证焊缝的强度，但是在焊接过程中会产生热应力，同时严格要求焊工的技术水平。氩电联焊综合上述2种焊接技术的优势，在打底焊接过程中利用氩弧焊，有利于提高焊缝的质量，同时在填充焊和盖面焊中利用电弧焊，有利于提高整体工作效率。

2.2" 延迟焦化装置加热炉焊接工艺的制定

因为延迟焦化过程的温度比较高，因此选择的焊接材料要具备耐高温性。为了在焊接之后金属具备韧性和抗腐蚀性，因此，需要合理选择焊接技术。通过综合分析最终确定焊接方式为氩电联焊。在实际工作中需要综合考虑焊接参数，提高整体焊接水平。例如需要合理控制焊接电流和焊接速度等，优化焊接效果[3]。此外，需要合理选择焊条和焊丝的品牌和供应商等，选用的焊条和焊丝要具备质量保证书，不能存在破损和潮湿等问题。保障焊条外观的完好性，不能存在任何损坏问题。此外需要合理控制焊条烘干温度，避免因为高温而产生变形问题。最后在焊接过程中需要清洁处理焊接区域，避免因为杂质影响到焊接质量。

2.3" 延迟焦化装置加热炉焊接工艺流程

2.3.1" 预热阶段

通过预热处理延迟焦化装置的管道焊缝部位，以便可以顺利开展后续焊接工作。同时需要处理母材的表面，可以利用砂轮打磨处理母材的表面，或者落实喷砂除锈工作，因此提高母材的质量。

2.3.2" 焊缝准备阶段

清理和修整焊接部位，保障焊缝部位的精准性。注意综合考虑焊缝部位和数量等因素，提高焊接方案的科学性。

2.3.3" 焊接阶段

在焊接过程中，保证在熔池中均匀性地分布焊丝，避免出现局部缺少焊丝或者焊丝过量等问题。

2.3.4" 冷却阶段

经过消氢处理之后，逐渐降低延迟焦化装置焊接部位的温度，避免产生裂纹问题。在焊接过程中，需要多次验证焊接质量，保证相关参数组合的合理性。

3" 延迟焦化装置加热炉铬钼合金钢管道焊接程序和方法

3.1" 各项准备工作

3.1.1" 技术准备

在焊接之前，工作人员需要根据铬钼合金钢管道的型号和设计图纸等制定专项焊接方案和热处理方案，合理选择焊接工艺，同时制定工作指导书和规范作业流程。所有的焊工都要具备资格证书，同时需要通过岗前考试，合格之后才可以上岗工作[4]。在焊接之前，技术人员需要根据工作方案组织工作人员参与工作交底，使其掌握具体的工作要求。

3.1.2" 材料准备

材料入场之后，工作人员需要根据相关文件和规范要求检查原材料的外观，保证原材料不存在任何裂纹和凹槽以及腐蚀等问题，如果管材和管件存在缺陷，需要根据规范确定材料是否符合设计要求，如果不满足设计要求需要立即更换。

根据质量证明文件逐个核对到货的实物，如果产品缺乏证明文件，不能进行验收。同时需要根据规范文件开展光谱复验，同时需要提出光谱分析报告。材料通过制造许可证和质量证明文件之后，才可以正式使用。在使用管材时需要做好色标和标识工作。

3.1.3" 焊前坡口检查

铬钼合金钢管道具有很强的淬硬性，同时很容易产生裂纹问题，因此不能利用热切割方式，如果选用了热切割，需要打磨处理热影响区域的渗碳层，同时要通过MT和PT检测坡口[5]。工作人员适合利用冷加工方式，例如可以选用车床和气动坡口机等。同时需要严格控制铬钼合金钢管道坡口角度在35～40°。

3.2" 焊接施工作业

3.2.1" 下料和坡口加工

在下料过程中，需要对铬钼合金管道各种成分标识进行分析和确认，并且通过涂抹油漆进一步确认。可以利用机械加工和火焰加工处理碳钢，并且利用机械加工方式来处理铬钼合金钢。如果利用火焰加工方式，需要提前采取打磨处理措施，及时将熔渣和氧化层去除干净，保障表面的光滑性，露出金属光泽即可停止打磨工作。在对铬钼合金钢处理时，工作人员需要全面检查铬钼合金钢的表面。可以利用机械技术对铬钼合金钢炉管坡口进行加工处理。

3.2.2" 焊接剖口的形式

结合相关规范，为了提高焊接质量，需要控制炉管和管道厚度在25 mm以内。需要根据设计要求设计连接部位的坡口形式。

3.2.3" 焊缝组装

工作人员需要提前检查坡口和周围母材，避免存在裂缝和损坏等问题，同时保证坡口尺寸符合图纸内容。及时将坡口表面的杂质清理干净，随后再利用砂轮打磨处理坡口部位，露出金属光泽即可停止打磨[6]。组装炉管之前，应确保炉管的直线度误差控制在1/1 000以内。对于炉管的整体长度来讲，如果控制在6 m以内，着泥土弯曲度要小于4 mm，如果长度大于6 m，需要控制整体弯曲度在8 mm范围内。组装炉管之后需要根据以下要求完成焊接工作。

①根据标准选择定位焊的焊接技术，严格控制焊缝长度在1～2 mm，同时控制焊缝的高度在2～4 mm。②不能利用强制焊接技术。③在管道四周均匀性地分布定位焊缝。④在焊接过程中，要在2个定位焊缝之间设置起焊点，要保证完全焊透，不能出现焊瘤等问题。如果发现了裂缝问题，需要立即落实修复措施。⑤为了提高焊缝质量，需要保证焊缝两端坡度的平坦度，避免集中应力。

在实施定位焊之前，工作人员需要根据相关要求进行点焊，控制点焊数量在3点以上，并且保证点距离在20 mm以上，避免在焊缝部位产生裂纹问题，完成定位焊工作之后，需要检查点焊焊缝部位，检查没有发现任何问题之后，需要立即开展修补工作，保障接头质量。在焊接过程中需要在焊道中引入弧形，避免在焊件的表面放置弧形。为了提高焊缝质量，选择利用氩弧焊，针对焊口部位，可以利用水溶性材料进行加固处理。

3.2.4" 焊前预热

在焊接之前采取预热措施可以快速冷却焊接接头，避免因为温差集中应力，否则集中应力之后将会产生淬硬组织和裂纹等[7]。工作人员需要根据具体的要求进行预热，通常是利用火焰预热方式，在点焊之后需要落实加热缓冷，避免出现裂纹，针对铬钼合金钢管道焊接过程中通常是利用搭桥点焊方式，在焊接之前需要打磨处理点焊的接头，随后才可以正式进行焊接工作。

在角焊缝之前，需要采取预热处理措施，通过充分加热坡口的两侧，根据材料壁厚的5倍控制加热范围，不能超过100 mm，避免在局部出现过热的情况。在加热区域之外预留100 mm部位，采取保温处理措施。

3.2.5" 焊接

焊接技术不断发展，在很多工作中主要是利用自动焊接工艺和半自动焊接工艺，近些年也开始推广利用埋弧自动焊和混合气体熔化极气体保护焊等方式，有利于提高整体工作效率和焊接质量[8]。但是在利用自动焊设备的过程中，需要投入较多的资金，适合在大型项目中利用，在小型项目和现场阻焊过程中适合利用手工焊。

为了高质量地完成焊接工作，需要建立专业焊接工作棚，并且要封闭处理炉管的两端，减少外界因素影响到焊接质量。为了避免在焊接过程中发生安全问题，在焊接过程中不能开展引弧和引流行为，保证所用材料的抗拉强度超过540 MPa，避免在焊件表面出现擦伤等问题。焊接铬钼合金钢管道时，如果管道的管径加大，在预热过程中需要利用电加热片，通过双人对称焊接，注意控制层间的温度，在测温过程中利用热电偶，在焊工工件的表面和坡口边缘部位设置测温点，在控制温度时，主要是测量相邻母材金属位置，控制预热温度在250 ℃左右。

在预热过程中达到规定温度之后，需要立即开展焊接工作，注意一次性地将所有的焊缝工作完成。如果焊缝出现问题，需要立即停止工作，对焊缝进行加热，避免在焊缝部位产生裂纹问题。针对多层焊，需要合理调整层间温度，使其超过预热温度，并且需要分隔不同层间的接头[9]。处理各个焊缝之后需要落实检测工作，在检测过程中可以利用PMI光谱，可以检测化学元素，保证其含量符合工作标准规定。

3.3" 焊接热处理施工

预热温度符合标准之后，工作人员可以利用测温器检测，确定符合标准之后可以开展焊接工作。针对铬钼合金钢管道，可以利用手工钨极氩弧打底，因为打底焊缝的焊层比较薄，在焊接冷却之后将会产生收缩应力，同时很容易产生裂纹问题。为了保证焊缝质量，需要一次性完成所有的焊接工作，并且控制焊缝厚度在2～3 mm。在打底焊接过程中，工作人员需要在背面充氩开展保护工作，避免根部焊缝出现氧化和没有焊透等问题。因为打底焊缝的焊层比较薄，在完成氩弧打底之后，要利用氩弧焊进行热填充，随后可以将充氩设施移除，避免因为电流过大引发焊缝问题。针对铬钼合金钢管道，需要一次性地完成打底和填充以及盖面，如果因为意外情况突然中断焊接工作，需要采取缓冷处理，再次焊接之前需要全面检查外观，工作人员可以利用MT磁粉检测，确定没有任何问题之后可以继续开展焊接工作。在焊接熔池的边缘部位可以进行收弧工作，注意填满弧坑，避免产生裂纹问题。在多层焊接过程中，焊工需要均匀性地错开每层的接头[10]，避免集中应力。在焊接铬钼合金钢管道时需要采取预热措施，并且将管口两侧封堵好，否则将会增加焊口内外温差，避免影响到焊缝的质量。

工作人员需要严格控制焊接过程中的层间温度在200～300 ℃内，如果温度过高将会增大焊缝区和热影响区的晶粒，焊接接头的力学性能也会受到影响。在焊接操作过程中，主要是通过小摆动和多道焊等技术，注意利用手工电弧焊方式，控制单道厚度在焊条直径以内，同时要控制摆动宽度在焊条直径的3倍以内。注意评定焊接工艺采纳数，使其满足相关要求。

在焊接热处理阶段，需要抛光和磨皮处理管道表面，及时将表面的杂质去除，同时需要酸洗和碱洗铬钼合金钢管道，提高后续焊接工作的便利性。针对管道接头部位，在焊接之后需要立即采取热处理措施，提高整体焊接质量。也可以在焊接工作之后均匀性地加热处理，温度达到350 ℃左右之后再进行冷却。

在焊接过程中需要根据焊缝宽度的3倍控制热处理范围，热处理范围要超过25 mm，在这一范围之外的100 mm部位需要采取保温处理措施，并且要密封处理管道两端。为了提高热处理质量，需要根据以下条件控制加热和冷却的速率：①如果温度达到300 ℃，应控制加热速率，使其在标准范围内，同时需要控制冷却速度在220 ℃/h范围内。②在恒温环境中检测温度，保证检测值和热处理温度的差距在50 ℃范围内。③在恒温环境中，如果温度达到300 ℃，将会进入到自然冷却阶段。

3.4" 焊后无损检测

完成热处理工作之后需要全面清理焊道表面的焊渣等杂质之后，可以落实检测工作，首先根据相关规范圆滑过渡焊缝和母材，避免存在裂纹恶化气孔等问题。焊缝表面不能存在凹陷问题，如果焊接接头厚度在6 mm范围内，需要控制焊缝余高在1.5 mm，如果厚度超过了6 mm，需要控制焊缝余高在2.5 mm以上。

在完成焊接工作之后，需要根据相关规范检测焊缝和热影响区域的硬度，严格控制焊缝硬度在241 HB以内，并且保证热影响区测定区域和熔合线紧密贴合。同时需要根据设计要求和规范落实MT磁粉检测和超声检测等。

3.5" 焊缝返修

在无损检测过程中，如果发现不符合规范的情况，需要立即返修处理，如果焊道的硬度不符合标准，需要重新开展热处理工作，使其满足规范标准。注意不能频繁返修铬钼合金钢管道，通常需要控制在2次以内。

4" 结束语

本文主要分析了延迟焦化装置加热炉铬钼合金钢管道焊接技术，为了优化焊接效果，需要根据规定开展热处理和冷却工作，同时需要前期准备工作和预处理工作，避免管道出现裂纹问题。在焊接过程中，工作人员需要综合利用各种焊接方法，并且对各项焊接参数进行优化，高效地完成焊接工作，合理节省工作资金投入量。

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