PDF《中图分类号：删》

应用与试验 JIb页N:反应器中15CrMo耐热钢管的焊接工艺 蔡建刚1,杨生州2,王建勋1,郑复晓1 (1.

兰州石化职业技术学院机械工程系,甘肃兰州730060;

2.兰州资源环境职业技术学院机电工程系.甘肃兰州730021) 摘要:15CrMo钢是珠光体组织耐热钢,广泛用于工作温度为350―600℃内设备的制造.根据顺酐反应器服役运行 条件及焊接质量要求,对15CrMo厚壁高压管的焊接工艺进行了研究,通过选用不同的焊接材料和焊接工艺 进行焊接工艺评定试验,确定了适合于生产实际的焊接工艺. 关键词:珠光体耐热钢;

厚壁高压管;

焊接工艺评定;

焊接工艺 中图分类号:删 文献标识码:A 文章编号:1006―4414(2010)03―0050―02 Welding process of 15CrI讧o heat―resistant steel pipe in maleic anhydride reactor Cai Jian―gan91,Yang Sheng―zhou2,Wang Jian―xun'

,Zheng Fu―xia01 (1.Department ofmechanical engineering,Lanzhoupetrochemical vocational college oftechnology, Lanzhau C,annu 730060,China;

2.Department of mechanical&

electronical engineering,Lanzhou resources and environment vocational institute oftechnology,Lanzhou C,ansu 730021,China) Abstract:15CrMo steel i8 pearlite heat―resistant steel.it is widely used in equipment operating within the temperature of 350―600'

13.According to maleic anhydride reactor operating conditions and requirements for welding qu丑aty,welding process of 15CrMo thick―wailed higlI―pressure pipe has been studied.Through welding procedure qualification report(PQa) test by means of choosing different welding materials and welding technology,suitable welding process for practical production is identified. Key words:pearlite heat―resistant steel;

thick―walled hi【gh―pressure pipe;

weldability;

PQR;

welding process 1前言 珠光体耐热钢广泛用于电力、石油、化工和其他 工业部门,最常用的是Cr―Mo以及Cr―Mo基多元 合金耐热钢.顺酐反应器中,管道上有多道高压焊 口,材质为15CrMo钢,由于这类钢具有良好的抗硫 化物和氢的腐蚀能力,因此在石油化工设备制造中广 泛应用.顺酐反应器管件其规格为4,14 *3/4 ,管 内介质为氢、氨、氮混合气体,工作压力达15MPa,工 作温度高达500'

12.为了保证焊接质量,须选用不同 的焊接材料和焊接工艺进行焊接工艺评定试验,为现 场施焊提供可靠的焊接工艺数据.

2 15CrMo钢的焊接性分析 珠光体耐热钢的焊接性与低合金高强钢相近,焊 接中存在的问题主要是冷裂纹、热影响区硬化和软 化,以及焊后热处理或高温长期使用中的再热裂纹. 15CrMo钢系珠光体组织耐热钢,在高温下具有 较高的热强性(艿b,>

440MPa)和抗氧化性,并具有一 定的抗氢腐蚀能力.由于钢中含有较高含量的Cr、C 和其它合金元素,钢材的淬硬倾向较明显,焊接性差. 按国际焊接协会(nw)其碳当量推荐的公式…: C.=C+Mn/6+(Cr+Mo+v)/5+ (Ni+Cu)/15=O.545% 根据经验:当C州>

0.4%时,焊接接头淬硬倾向 大,可能出现冷裂纹,而15CrMo钢的C.值达0. 545%,故15CrMo钢的淬硬倾向大,焊接性差,因此 15CrMo钢焊接时,焊接材料的选择和严格的工艺措 施,对于防止裂纹、保证使用性能至关重要.如表1 所示. 表1 15CrMo钢的化学成分 /% 钢号 C Mn Si Cr Mo 15CrMo 0.12―0.18 O.4―0.7 0.17―0.37 0.8一1.1 0.4_0.55 3焊接工艺 3.1焊接材料 珠光体耐热钢焊接材料的选择原则是焊缝金属 的化学成分和力学性能基本与母材一致或应达到产 品技术要求的最低性能指标口】.针对15CrMo钢的 焊接性及现场管道高温、高压的工作特点,应选择合 金成分或强度级别较高的焊接材料,且为了提高焊缝 金属的抗裂性能,焊接材料中含碳量应低于母材的含 收稿日期:2010―05―06 作者简介:蔡建刚(1972一).刃.甘肃榆rfl人,副教授.主要从事焊接工艺研究与教学工作. ・50・ 万方数据 应用与试验 ・机械研究与应用・_

1 I一 碳量.故焊接材料可采用ER55一B2L焊丝,手工钨 极氩弧焊打底;

采用低氢型E8015一B2焊条,焊条电 弧焊盖面. 焊丝和焊条的化学成分及力学性能如表2所示. 表2焊接材料的化学成分和力学性能 3.2焊前准备 试件采用15CrMo钢管,规格为ff325*25mm,坡 口型式及尺寸如图1所示.焊前用角向磨光机将坡 口内外及坡口边缘50turn范围内打磨至露出金属光 泽,然后用丙酮清洗干净.试件为水平固定位置,对 口间隙为4mm,采用手工钨极氩弧焊沿圆周均匀点 焊六处,每处点固长度应不小于20mm.焊条如表3 所示规范进行烘烤. 图1焊接坡口示意图 表3焊条预热温度 3.3预热和层间温度 为了防止脆化和冷裂,珠光体耐热钢要求焊前预 热.预热温度的确定要依据钢的合金成分、接头的拘 束度和焊缝金属的氢含量.一般情况下.珠光体耐热 钢的预热温度和层间温度应控制在150―350℃【3J. 顺酐反应器15CrMo高压管试件厚度S=25ram, 焊件刚性大,因此预热温度选为250℃,宜整体预热. 采用氧一乙炔焰对试件进行加温,最后用半导体点温 计测定,测量点至少应选择三点,以保证试件整体均 达到所要求的预热温度. 表4焊接工艺参数 3.4焊接工艺参数 焊接时,第一层采用手工钨极氩弧焊打底,填充 层焊缝和盖面层焊缝采用焊条电弧焊,每个焊层一条 焊道.其采用的焊接工艺参数如表4所示.焊接时. 层间温度应不低于250℃,焊后应立即采取保温缓冷 措施. 3.S焊后热处理 珠光体耐热钢焊后热处理不仅能消除焊接残余 应力,还能改善组织提高接头的综合力学性能,包括 提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性.鉴于顺酐 反应器15CrMo管道的工作压力与运行温度较高,需 对其焊接接头进行焊后回火热处理,焊后热处理温度 如表5所示. 表5 15CrMo钢焊后热处理温度 4焊接工艺评定 15CrMo试件焊后按JB4730《压力容器无损检 测》标准进行100%的超声波探伤检验,焊缝I级合 格.按JB4708(钢制压力容器焊接工艺评定》标准进 行焊接工艺评定试验'

引.评定结果如表6所示. 表6 15CrMo钢焊接工艺评定结果 (下转第54页) ・5l・ 万方数据 应用与试验 面光洁的模样. 加热成型时,要根据模样大小、结构、壁厚等不 同,调整加热时蒸汽压力和模具的最终温度,使模具 整体温度上升均衡.此过程不仅应避免加热过快模 具温度上升不均衡而导致模样表面珠粒熔融合不_ 致的现象,而且要能使珠粒受热达到珠粒软化点的温 度,并保温、保压使珠粒继续膨胀融合. 在加热成型过程中,对温度要能有效地进行控 制,并要适当调整加热时模腔内蒸汽压力和加热时 问.加热温度、模腔内蒸汽压力和加热时间,主要是 根据不同模具和不同预发泡珠粒密度来确定.有几 点要特别注意:加热蒸汽中不能夹带冷凝水,模具的 壁厚要均匀,通气塞排布要合理,稍不注意,就会影响 到模样表面珠粒融合的质量. 最后,通过均匀、充分的冷却使模样定型并具有 一定的强度和刚度.模具内模具的热量通过传热途 径,散入空气或冷却介质中.但是由于模样泡体是热 的不良导体,冷却时常常出现表层的已被冷却固化定 型,芯部的温度还很高的现象.如冷却定型不够,尽 管表面皮层已固化定型,但是芯部的热量会继续向外 传,导致皮层温度回升,再加上模样芯部泡体的膨胀 力,就有可能使已定型的模样遭到破坏.在冷却过程 中,还要注意冷却水温度,水压以及冷却时间都要适 宜,否则模样和模样表面会有塌缩的现象,继而影响 铸件外观质量. 刚成型的模样,经过冷却后,由于内部处于减压 状态,故而较软,脱模一定要得当.否则,模样表面就 损伤、变形,产生不良品.对于不同结构的模样,工艺 上要采用不同的脱模方式.在整个消失模铸造白区 生产过程中,会不断出现各种新问题. 2.5干燥工艺技术 完整的、合格的模样制作出来之后,必须放置在 分层的专用架子上.这样才能让模样进行快速均匀的 散热,约2天后再放人50.C的干燥房内,经过对模样 的挥发份与水份的含量测试合格后,方能涂刷涂料. 生产场地及生产周期许可的情况下,最好是在自然环 境中放置更长久的时间,但必须要测试以保证发份的 含量≤2%以下,有利于后期浇注,从而降低浇注过程 的反喷与溅箱. 3结论 综上所述,在消失模白区工艺程序中,应该针对 白区关键工艺技术,并抓好白区生产中的每一个关键 环节,才能获得符合技术要求的高质量的模样,才能 保证获得质量合格的铸件. 参考文献: [1]樊自田,赵忠,唐波,等.特种消失模铸造技术[J】.特种铸 造及有色合金,2008(1):45―49. [2] 黄乃瑜.叶升平,樊自田.消失模铸造原理及质量控制[M】.武汉:华中科技大学出版社,2004. [3】 叶升平,吴志超.北美和欧洲消失模铸造发展现状[J].特种铸 造及有色合金,2004(2):58―60. [4] 梁光泽,李增民.中国实型(消失模)铸造的现状与展望[J].铸 造技术.2008(8):1072―1074. [5]刘子利.王渠东.丁文江.消失模铸造充型过程的研究进展及展 望[J].铸造,2000(4):213-218. (上接第5l页) 从拉伸试验结果可知,焊缝的抗拉强度高于母 材;

弯曲试验全部合格,说明焊缝的塑性较好;

根据冲 击韧性试验结果可知焊后热处理规范比较理想,高温 回火不仅达到了改善接头组织和性能目的,而且使韧 性与强度配合适当. 5结论 顺酐反应器中15CrMo管件,经受高温、高压和 腐蚀性介质,其焊接工艺要点如下. (1)15CrMo钢裂纹倾向随着钢中Cr、Mo含量的 提高而增大,实际焊接中可采用低氢焊条、控制适当 的焊接线能量以及增加预热和后热措施,来避免焊接 冷裂纹. (2)采用高温塑性高于母材的焊接材料,严格控 制母材与焊接材料中V、Ti、Nb等合金元素. (3)将预热温度提高到250.C以上,层间温度控 ・54・ 制在3000C左右,采用低线能量,减少焊接过热区宽 度,细化晶粒,可显著降低焊接热影响区硬化. (4)选择合适的焊后热处理制度,避免在500― 700℃敏感温度区间停留时间过长,可有效降低 15CrMo钢工作温度运行条件下的再热裂纹倾向. (5)严格控制基体金属中S,P、Sn等有害杂质元 素的含量,同时降低Si、Mn含量,能有效降低15CrMo 钢焊接接头在350―500℃温度区间长期运行过程中 发生的回火脆性. 参考文献: [1】周振丰,张文钺.焊接冶金与金属焊接性【M】.北京:机械工业出 版社.1987. [2】李亚江.特殊及难焊材料的焊接[M】.北京:化学工业出版社, 2002. [........