TP347不锈钢炉管的焊接技术

韩浩博

中化泉州石化有限公司福建省泉州市362000

摘要：对TP347材质焊接性进行分析，确定了焊接方法，确定了焊接工艺参数及焊后热处理工艺。指出现场焊接时控制热输出及焊后热处理是控制铁素体含量的关键。

关键词：TP347铁素体热输出焊后热处理

0前言

润滑油高压加氢装置两座加氢进料加热炉炉管操作压力较高，材质为TP347（0Cr18Ni11Nb），属奥氏体不锈钢，耐热、耐蚀性能较好，焊接性也较好，但控制焊口铁素体含量难度较大，铁素体含量对焊道耐热、耐蚀性能影响较大。因此控制铁素体含量是焊接关键。下面以高压加氢装置炉管焊接为例来介绍TP347钢的焊接工艺。

1.焊接性分析及焊口组对

1.1炉管的化学成分

炉管的化学成分见表1。

(1)碳C碳是影响钢材强度的重要元素,较高的碳含量能提高钢的强度和耐磨性，但钢的耐腐蚀和焊接性能下降,而且与碳化物形成元素（如Mo）结合，在晶界上形成粗大的碳化物。

(2)铌Nb铌在高温条件下也不被完全氧化,高温条件下可以与硫、氮、碳直接化合，不与无机酸或碱作用，可以有效提高焊接接头的耐腐蚀性能和抗氧化性。

(3)铬Cr铬可以提高钢的脆性转变温度，随着铬含量的增加，钢的脆性转变温度也进一步提高，冲击值随铬含量增加而下降。由于不平衡的加热和冷却,晶界可能产生偏析产物,从而增加热裂纹倾向。

(4)锰Mn锰有脱硫作用，能置换FeS为MnS，同时也能改善硫化物的分布形态，使薄膜状FeS改变球体分布，从而提高焊缝的抗裂性。

(5)硅Si硅能溶于铁素体,对钢有一定的强化作用。

(6)硫和磷S、P硫使钢产生热脆,磷使钢产生冷脆。

1.2坡口制备及组对

炉管坡口采用坡口机加工，坡口型式为YV型坡口，组对间隙为2±1mm（。

2.焊接工艺

2.1焊接方法

焊接方法是焊好炉管的关键，为了防止管道在焊接时存在焊接热裂纹、δ相脆变，铁素体含量高等问题。焊接时采用以下措施：

选用钨极氩弧焊打底，背面充氩保护，手工电弧焊填充及盖面焊。焊后及时进行热处理的焊接工艺。

2.2焊接要点

（1）打底时从两定位焊缝中间起焊，背面通氩保护，采用小摆动操作，确保两侧熔合良好，背面成型高度保证在1-2mm。

（2）焊接工艺采用小线能量，快速焊，填充及盖面焊道采用多层多道焊，小摆动或不摆动操作，层间清理要彻底，各层道之间接头应相互错开。

（3）焊接过程中应严格控制层间温度不超过100℃。

（4）焊接收弧时要慢，弧坑要填满，防止弧坑裂纹。

（5）手工电弧焊填充及盖面时，应在坡口两侧各不小于100mm范围内的母材上涂以白垩粉，以防止焊接飞溅损伤母材。

2.3钨极氩弧焊焊接工艺

钨极氩弧焊具有热能量集中、能量密度大，热能量容易控制的优点，同时根部焊缝成型较好。因此采用它作为焊接打底。选用H0Cr20Ni10Nb焊丝.

（1）氩气作保护气体氩气是一种惰性气体，它既不与金属起化学反应，也不溶解与金属中，另一特点是导热系数很小，而且是单元子气体，高温时不分解吸热，在氩气中燃烧的电弧热量损失较少。钨极氩弧焊氩气的纯度不应低于99.96%，焊接时氩气的流量为15L/min。

（2）钨极钨极耐高温，在焊接过程中不易损耗。若焊接电流越过许用电流，就易使钨极端部熔化形成熔球，则位于熔球表面上的电弧斑点易受外界因素干扰而游动，使电弧飘荡，电弧不稳定。钨极磨成尖部直径0.3mm，夹角30~60度的尖状，可保证电弧稳定。

（3）工艺特点焊接焊丝应采用横向方位上下摆动，焊接参数尽量选用小电流和小电压，以控制热输入。焊接参数见表6。

2.4手工电弧焊工艺

（1）焊条的采用焊条采用A137。使用前应检验焊条是否在保质期内，表面药皮是否圆整光滑，无皱皮（因表面涂料压涂时处置不当造成焊条表面起皱现象）、气泡、开裂现象。A137为碱性低氢型焊条，焊前需要烘干，烘干温度250℃，恒温1h。待用温度为100~150℃。

（2）工艺特点为防止热裂纹，严格控制好层间温度，氩弧焊打底后，待焊道冷却后进行电弧焊接，焊接时，焊道分多层多道焊接，焊完一层后间歇几分钟，待焊道冷却后进行下一层焊接，严格的把层间温度控制在100℃以下，确保铁素体含量控制在4～8%范围内。焊接过程中焊条采用微摆动，焊接时采用直流反接，同时要避免焊接缺陷（气孔、夹渣、未焊透等）的形成。焊接参数应尽量选用较小电流电压，以控制热输入。

焊接时应严格按焊接工艺及参数进行，严禁在坡口之外的母材表面引弧和试验电流，并应防止电弧擦伤母材。焊缝宽度以每边盖过坡口2mm为宜。焊缝余高：0~2mm。

3.焊后检验

焊后经外观检查，焊缝表面无气孔、夹渣、未焊透、未熔合、咬边等缺陷。焊后经100%射线检测，全部合格。

4.焊后热处理

奥氏体不锈钢焊缝金属中铁素体含量关系到抗热裂性，σ相变和热强性能。从抗热裂性出发，要求焊缝金属内含有一定量的铁素体，从σ相变和热强性能考虑，铁素体含量过高容易引475℃高温脆变，铁素体含量愈低愈好。妥善合理解决这一问题是奥氏体耐热钢焊接的核心技术。

通过合适的焊后热处理方法不但可以降低焊道铁素体含量,还能改善焊缝金属及其热影响区的组织，降低接头各区的硬度，提高接头的韧性、变形能力、接头耐腐蚀能力和高温持久强度以及消除焊接应力。

焊后热处理设备：智能型温度程序控制箱WCK-360-1212。

焊后热处理方法：电加热法（绳式加热器）。

焊后热处理工艺参数：热处理温度886~914℃;加热速度＜150℃/h;恒温时间4H;冷却速度急速空冷

测温方法：红外线测温仪。

焊后热处理加热范围：以焊缝中心为基准，每侧在焊缝宽度的3倍以上，且不小于25mm（见图2），加热应均匀。

保温宽度：加热宽度及其以外100mm范围内。

热处理的加热速度、恒温时间及冷却速度应符合下列要求：

加热升温至400℃后，加热速度不应大于5000/δ℃/h计算，且不大于150℃/h；(说明：δ表示炉管壁厚)

在恒温期间各测点的温度均应在热处理温度规定的范围内，且温差不应大于28℃；

恒温结束后管内通风进行急速空冷。

热处理曲线（见图1）：热处理时应用热处理自动记录仪记录热处理曲线。

5.结论

热处理后对焊缝、热影响区、母材进行硬度及铁素体含量检测，结果全部合格。装置运行1年多来，未出现任何质量问题，焊接管理及焊接质量均受到高度评价。

参考文献

[1]《焊接手册》第2卷（第2版）机械工业出版社

[2]《石油化工厂设备检修手册》第二分册中国石化出版社

[3]《机械工程材料》第二版机械工业出版社

[4]《焊接冶金学》基本原理机械工业出版社