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低合金耐熱鋼復(fù)合板與大直徑厚壁接管馬鞍形對接焊

文檔作者：李娟娟文檔來源：大慶油田建設(shè)集舊建材石油石化設(shè)備廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月21日
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第38卷第6 j明
2009年11月
石油化工設(shè)備
PETRO—CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．38 NO．6
N ov． 2009
文章編號：1000—7466(2009)06 0060—04
低合金耐熱鋼復(fù)合板
與大直徑厚壁接管馬鞍形對接焊
李娟娟
(大慶油fit建設(shè)集舊建材石油石化設(shè)備廠，黑龍江大慶 163453)
摘要：對13MnNiMoNbR+OOCrl7Nil4Mo2復(fù)合鋼板與20MnMoNbIV+OOCrl7Nil4Mo2鍛件進(jìn)
行了焊接性分析。針對大直徑厚壁馬鞍形對接焊縫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用合理的施工工藝，并通過對焊接
過程中預(yù)熱溫度的控制、焊后消氫及焊后熱處理等工藝的合理調(diào)整，有效防止了冷裂紋的產(chǎn)生，保
證了產(chǎn)品焊接質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：復(fù)合鋼板；低合金耐熱鋼；厚壁接管；焊接
中圖分類號：TG 441．3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
Butt-j ointed Seam Saddle Welding for Clad Plate of Low Content Alloy and
Heat-Resistant Steel&amp;amp; Major Diameter Thick—walled Tube
LI Juan-juan
(The Petroleum &amp;amp; Chemical Equipment Manufactory of Construction Material Company in
Daqing Oil—field Construction Group，Daqing 163453，China)
Abstract：A wetdability analysis was made on 13M nNiMoNbR--OOCrl7Ni14M o2 clad plate and
20M nMoNbIV+ OOCrl7Nil4M o2 forging．Suitable working process for the special construction
feature of the butt—jointed seam saddle welding was adopted．The cold—cracking was stopped effec—
tively because of the controlling of the pre—heating tem perature during the welding process and
the reasonable adjustment for the post—weld hydrogen bakeout as well as the post—weld heating
3．4 焊后熱處理及檢驗(yàn)
焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，溫度控制在500～
650℃ ，保溫1～2 h。
焊后按技術(shù)要求對焊縫外觀進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果合
格。對縱焊縫和環(huán)焊縫進(jìn)行100 射線檢測，未發(fā)
現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，符合文獻(xiàn)[6]Ⅱ級合格的
標(biāo)準(zhǔn)。
4 結(jié)語
采用以單面焊雙面成型埋弧焊為主、焊條電弧
焊為輔的焊接方法，對15MnVR中厚板蒸汽蓄熱器
本體進(jìn)行了焊接，焊后檢驗(yàn)焊接接頭質(zhì)量合格，同時(shí)
焊接效率得到了提高，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1] 周振豐，張文鉞．焊接冶金及金屬的焊接性[M]．北京：機(jī)械工
業(yè)出版社，1 994．
[2] 中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會．焊接手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出
版社，1992．
[3] 姜煥中．電弧焊及電渣焊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，I990．
[4] 王云鵬，戴建樹．焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，
1998．
[5] 付志鴻．蓄熱器本體的焊接[J]．焊接技術(shù)，2003，(1)：48 49．
[6] JB／T 4730．1～4730．6 2oO5，承壓設(shè)備無損檢測Is]．
[7] JB 4708 2000，鋼制壓力容器焊接工藝評定is]．
(張編)
收稿日期：2009—06 06
作者簡介：李娟娟(1 975一)，女，黑龍江大慶人，工程師，學(xué)士，多年從事壓力容器制造工作。
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第6期 李娟娟：低合金耐熱鋼復(fù)合板與大直徑厚壁接管馬鞍形對接焊
treatm ent．The welding quality was assured effectively．
Key words：clad plate；low content alloy and heat resistant steel；thick walled tube；welding
2008年，我廠為鄂爾多斯甲醇、二甲醇項(xiàng)目預(yù)
制了洗滌塔(圖1)，該設(shè)備為三類容器，在高溫、中
壓、臨氫環(huán)境下工作，其內(nèi)徑4．1 In，體積198．7 m。，
總質(zhì)量179．71 t，設(shè)計(jì)壓力7．16／ 0．1 MPa，設(shè)計(jì)
溫度280℃ ，工作介質(zhì)為水煤氣、激冷水。洗滌塔主
體材料為90 mm+4 mm 厚的13MnNiMoNbR+
00CrlTNil4Mo2不銹鋼爆炸復(fù)合板，每臺容器主體
上對接多個(gè)直徑超過O960 mm 的加強(qiáng)管，其材質(zhì)
為20MnMoNbIV鍛件堆焊00Crl7Nil4Mo2，形狀
為帶凸緣的法蘭。接管與簡體的馬鞍形對接焊縫增
加了坡口的制造和焊接自動化的難度。由于焊接量
大且 接質(zhì)量要求嚴(yán)格，如果全部采用手工電弧焊
lJj《牛產(chǎn)效率低、勞動條件差(在長時(shí)問預(yù)熱條件下施
)．焊縫質(zhì)量不易可靠控制。通過對材料焊接性和
焊接結(jié)構(gòu)難點(diǎn)的分析，筆者制訂了更』JJI合 的工藝，
在提高效率的 礎(chǔ) 保證了焊縫質(zhì)}} =
岡1 洗滌塔結(jié)構(gòu)簡
l 焊接性分析
13MnNiMoNbR為低合金耐熱高強(qiáng)鋼，其晶粒
較細(xì)，具有較高的強(qiáng)度指標(biāo)、良好的抗沖擊韌性、熱
強(qiáng)性及加工特性。13MnNiMoNbR、00Crl7Nil4Mo2
和20MnMoNbⅣ化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。
2 f·N指正火，T指回火，Q指淬火。
表1 13MnNiMoNbR、00(’rl7Nil4Mo2和20MnMoNb1V化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))
表2 13MnNiMoNbR、00Crl7Nil4Mo2
和20MnMoMbIV的力學(xué)性能
按照國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式，
13MnNiMoNbR鋼的碳當(dāng)量C 一 (C)+叫(Mn)／
6+叫(Si)／24+ (Ni)／15+叫(Mo)／4+即(Cr)／5≈
0．6 ，一般認(rèn)為鋼可焊性好壞的臨界碳當(dāng)量為
0．45 ，所以其焊接性一般。
20MnMoNb 與l 3MnNiMoNbR 在JB／T
4709 2000{鋼制壓力容器焊接規(guī)程》中屬同類同
組 ]。低合金耐熱鋼具有淬硬傾向，在焊接熱循環(huán)
決定的冷卻速度條件下，焊縫金屬和熱影響區(qū)可能
形成對冷裂紋敏感的顯微組織。其次，鋼中含有
Cr、Mo、Nb、Ni等強(qiáng)碳化物形成元素，從而使接頭
過熱區(qū)具有產(chǎn)生再熱裂紋，即消除應(yīng)力處理裂紋的
傾向。
不銹鋼復(fù)合板焊接的主要難點(diǎn)是由碳鋼向不銹
鋼過渡部分的焊接，加強(qiáng)管堆焊量大、堆焊層易出現(xiàn)
裂紋和剝離。焊接過渡層時(shí)，考慮到基層金屬的稀
釋作用，應(yīng)選用鉻、鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的焊接材料，以
防止產(chǎn)生硬脆組織。要重視待堆焊工件的表 質(zhì)
量，過渡層焊前預(yù)熱和基層焊接焊前預(yù)熱同樣重要。
2 坡口加工
2．1 坡口形式
坡口形J=I=及幾何尺寸見圖2。焊前要清除坡口
面及兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)的銹跡、油污及氧化皮等影
響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)，尤其是要采用丙酮清理復(fù)層油
污。為防止焊接飛濺物損傷復(fù)層表面，削弱復(fù)層的
耐蝕性，焊前在坡口兩側(cè)各150 mm 范圍內(nèi)均勻涂
刷焊接防飛濺劑。
2．2 加工
根據(jù)我廠實(shí)際情況，使用CG1600× 100和
CG1200×100型馬鞍型孔切割機(jī)進(jìn)行復(fù)合板坡口
加工，推薦采用等離子切割。熱切割邊緣的低塑性
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石油化工設(shè)備 2009年第38卷
圖2 坡口彤式及幾伺尺寸
淬硬層往往成為開裂源，因此切割前將鋼板預(yù)熱到
100～150℃ ，切割完畢后使用角向磨光機(jī)對表面進(jìn)
行修磨。對坡口進(jìn)行磁粉檢測，達(dá)到JB／T 4730—
2005~承壓設(shè)備無損檢測》I級合格之后再進(jìn)行下道
工序 引。
3 焊接工藝制訂
3．1 焊接方法選擇
根據(jù)工廠實(shí)際情況，外側(cè)使用MAMZ一1600和
MAMZ一1000馬鞍型焊縫埋弧自動焊機(jī)進(jìn)行埋弧自
動焊(SMAW)，內(nèi)側(cè)采用手工焊條電弧焊(sAw)進(jìn)
行基層的填充和復(fù)合層的堆焊。過渡層堆焊則采用
效率較高的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊(FcAw)。
3．2 焊接材料選擇
針對基層材料的裂紋敏感性，選擇焊接材料時(shí)
要充分考慮焊接材料的合金成分。埋弧焊焊絲采用
哈爾濱焊接研究所生產(chǎn)的H08Mn2MoA+SJ204Sh
焊劑，焊條選用J6O7Ni，鎳能使鋼具有很高的強(qiáng)度、
塑性和韌性，可提高鋼的抗疲勞性能，減少鋼對缺口
的敏感性。過渡層焊接采用藥芯焊絲E309MoLT，
面層焊接采用E316L焊條。焊材化學(xué)成分見表3。
3．3 焊接材料管理
氫在高溫下滲透性很強(qiáng)，氫的存在使鋼鐵組織
變脆甚至形成微裂紋。同時(shí)氫也是焊縫金屬中產(chǎn)生
氣孔的主要因素，它可以從任何氣源進(jìn)入焊接熔池。
因此焊前一定要將焊絲表面油、銹、水分及其他雜物
清除干凈，焊條、焊劑嚴(yán)格按烘干工藝烘干，隨用隨
取。焊前焊條J607Ni在350℃烘干1h，焊絲進(jìn)行
除油、除銹處理，焊劑SJ2O4Sh在300～400℃ 烘干
2 h
表3 焊接材料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))
3．4 焊接工藝參數(shù)確定
由于鋼板較厚，因此焊接的拘束應(yīng)力較大，焊接
冷卻后熱影響區(qū)會出現(xiàn)低塑性的脆性組織。焊接時(shí)
如果冷卻速度過快，焊縫金屬中溶解較多的擴(kuò)散氫
來不及溢出，很容易產(chǎn)生延遲氫致冷裂紋。提高焊
接預(yù)熱溫度可以有效降低熱影響區(qū)淬硬程度，但預(yù)
熱溫度過高會導(dǎo)致焊縫金屬晶粒粗大。因此還應(yīng)控
制層間溫度，焊后立即進(jìn)行消氫熱處理。焊前將焊
接部位預(yù)熱到250℃ ，采用哈佛式加熱片(內(nèi)熱式、
外熱式)進(jìn)行加熱，其特點(diǎn)是無需包裹，加熱焊接可
同時(shí)進(jìn)行。加熱形式見圖3。
焊接過程中層間溫度控制在300℃ 左右，基層
焊接完畢后立即進(jìn)行消氫處理。消應(yīng)力裂紋總是產(chǎn)
生于焊接熱影響區(qū)的粗晶段，它與焊接熱規(guī)范及由
此引起的焊接應(yīng)力有關(guān)，因此應(yīng)盡量采用低線能量
焊接工藝和方法，縮小焊接過熱區(qū)寬度以細(xì)化晶粒。
焊接時(shí)先焊外側(cè)，清根后再焊內(nèi)側(cè)，清根方法為碳弧
氣刨+砂輪機(jī)。焊接工藝參數(shù)見表4。
磁鐵
絕緣條
保溫層 鐵皮 履帶式加熱片
圖3 焊前焊接部位加熱示圖
表4 焊接工藝參數(shù)
焊接 焊接 焊材規(guī)格焊接電流焊接電壓焊接速度
方法 材料 ／ram ，／A U／V v／m ·h
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第6期 李娟娟：低合金耐熱鋼復(fù)合板與大直徑厚壁接管馬鞍形對接焊
基層鋼板焊接完畢24 h后，對焊縫進(jìn)行i00
射線檢測(RT)4-100 超聲波檢測(UT)，分別按照
文獻(xiàn)[5]Ⅱ級和I級合格。檢測合格后對基層焊縫
進(jìn)行打磨，對打磨過的基層表面進(jìn)行100 磁粉檢
測(MT)，按文獻(xiàn)[5]I級合格。合格后進(jìn)行過渡層
堆焊。堆焊過渡層時(shí)預(yù)熱到200 oC，焊接時(shí)要保證
層間溫度不小于200 oC，并在焊后進(jìn)行消應(yīng)力熱處
理。過渡層焊后進(jìn)行100 滲透檢測(PT)，按文獻(xiàn)
[5]I級合格。檢測合格后進(jìn)行面層堆焊，堆焊層問
溫度要小于100℃ ，焊后緩冷，最后整體進(jìn)行焊后熱
處理。
4 熱處理制度
通過合理控制焊前預(yù)熱溫度、層問溫度和焊后
消氫熱處理工藝可有效防止低合金耐熱鋼焊接冷裂
紋的產(chǎn)生。消應(yīng)力裂紋一般在5。0～700℃ 形成，裂
紋傾向還取決于熱處理制度。因此要選擇合理的熱
處理制度，避免在敏感溫度區(qū)間停留時(shí)間較長。
消氫熱處理溫度為300～350℃ ，保溫3 h。焊
接面層前的消應(yīng)力熱處理溫度為600~620℃ ，保溫
2 h。
容器材質(zhì)為13MnNiMoNbR4-00Crl7Nil4Mo2，
根據(jù)文獻(xiàn)[3]要求推薦，采用590 oC×3 h的焊后整
體熱處理制度。具體熱處理工藝曲線見圖4。
霸
300
O
圖4 最終熱處理曲線圖
5 焊接工藝評定試驗(yàn)
按照J(rèn)B 4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝
評定》要求_6]，在焊接前進(jìn)行了焊接工藝評定試驗(yàn)，
以驗(yàn)證所制訂工藝的正確性。分別選取規(guī)格為(90
+4)mm×150 mm×300 mm 的13MnNiMoNbR+
00Crl7Nil4Mo2 鋼板與 20MnMoNb lV 4-
O0Cr17Ni14Mo2鍛件試板各1塊，完全按照所制訂
的工藝焊接后，對其進(jìn)行RT、UT 和PT檢測及力
學(xué)性能試驗(yàn)，測得抗拉強(qiáng)度 一615 MPa，屈服強(qiáng)度
口 一485 MPa，0 oC沖擊功AKv為120 J、130 J、124 J，
硬度為173HB、172HB、166HB、177HB、169HB，
180。側(cè)彎試驗(yàn)合格。RT、uT和PT檢測分別滿足
文獻(xiàn)[5]中的Ⅱ級、工級和I級，驗(yàn)證了所制訂焊接
工藝的正確性。
6 焊后檢驗(yàn)
6．1 無損檢測
洗滌塔基層焊接完成后對焊縫進(jìn)行無損檢測。
主體材料射線檢測，Ⅱ級合格 ]，一次合格率為
100 ；焊縫超聲波檢測，I級合格l5]，一次合格率為
i00 ；對基層表面進(jìn)行磁粉檢測，過渡層和面層進(jìn)
行滲透檢測，工級合格[5]。熱處理后、水壓后對焊縫
進(jìn)行超聲波檢測，工級合格 ]，一次合格率為
100％。
6．2 硬度
整體熱處理后對接管與筒體的馬鞍形接縫硬度
進(jìn)行檢測，結(jié)果見表5。
表5 馬鞍形接縫HB硬度值
6．3 堆焊層化學(xué)成分
容器內(nèi)介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，故對焊縫的堆焊層化
學(xué)成分有強(qiáng)制性要求。堆焊層化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果見
表6，可以看出其滿足設(shè)備的使用要求。
表6 堆焊層化學(xué)成分
元素 C Si Mn P S Cr Mo Ni
質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．029 0．70 1．26 0．033 0．0l4 19．08 2．52 11．38
7 結(jié)語
根據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的坡口形式和以馬鞍
焊為主的綜合焊接方法，并通過選用超低氫高韌性
焊接材料、確定適宜的焊接工藝參數(shù)和制訂合理的
預(yù)熱、消氫及熱處理工藝，避免了裂紋的產(chǎn)生，保證
了洗滌塔的焊接質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
[1] 崔忠圻．金屬學(xué)與熱處理[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993．
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版社，2001．
E3] HG 2O584—1998，鋼制化工容器制造技術(shù)要求[s]．
[4] JB／T 4709 2000，鋼制壓力容器焊接規(guī)程ES]．
[5] JB／T 4730．1~4730．6 2oo5，承壓設(shè)備無損檢測Es]．
E6] JB 4708-2000，鋼制壓力容器焊接工藝評定[s]．
(張編)

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