内蒙古的甲醇净化工段施工现场焊接工程管理

汤学明，崔振泰

(中国化学工程第九建设公司，辽宁 盘锦 116001）

1 概述

内蒙古久泰能源项目是目前我国单套生产甲醇能力最大的项目，每年生产100万t甲醇和10万t二甲醚。中化九建承建的是该项目的净化工段。甲醇洗涤塔为该工段核心设备（总质量857 t），在施工现场进行空中组对焊接；工艺管道15 000 m。现场焊接所涉及的钢材种类有Q235B、L245、20#、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、SA203 Gr.E、SA350 LF3 CL2、12Cr1MoV等，耐热钢钢材厚度36mm、低温钢板材厚度42mm，其中附塔管线存在低温钢与不锈钢的异种钢焊接。

2 焊接工艺

工程中常见的焊接有两种：一是同种类钢材之间的焊接；二是异种钢之间的焊接。下面就本工程涉及的材质，探讨两种焊接工艺的特点。

2.1 特殊材质SA203Gr.E与018Ni10Ti的异种钢焊接[1-2]

2.1.1 钢材特性

SA203是一种低镍合金钢，包括A、B、D、E、F五个等级，其中D、E、F名义含镍量3.5%，俗称3.5Ni钢。SA203Gr.D，Gr.E，Gr.F在低温工况环境下有良好的冲击韧性和机械性能，通常用于-70℃～-101℃的低温环境（调质态可至-107℃）。广泛用于深冷分离加工、空分、液化气贮藏领域设备的制造，近年来国内煤化工项目中的CO2吸收塔、H2S吸收塔、H2S浓缩塔、甲醇洗涤塔等低温设备大量采用该类材料制造，目前最大厚度为110 mm。SA203钢板的交货状态一般为正火、正火加回火或调质处理。SA203Gr.E钢板状态：正火屈服强度大于等于275 MPa，抗拉强度485～620 MPa，延伸率大于等于21%，板厚小于等于50 mm，最低冲击试验温度-101℃。同样对018Ni10Ti性能也进行分析。

2.1.2 焊接工艺评定

根据材质的特性和设计要求进行工艺评定。选择适合的焊接工艺，根据焊接手册进行SA203Gr.E与018Ni10Ti的异种钢焊接。

（1）焊接方式：氩电联焊。

（2）焊接设备：直流电弧焊机、氩弧焊机。

（3）焊接位置：水平固定。

（4）焊口形式：Y型。

（5）焊条 E309Mo-16，规格φ3.2mm；焊丝H1Cr 24Ni-13，规格 φ2.5 mm。

（6）焊接电流、电压：氩弧焊电流100 A、电压12 V；电弧焊电流95 A，电压20 V。

（7）无预热和热处理情况。

2.1.3 焊条及焊丝的选取原则

（1）当两侧母材均为非奥氏体钢或均为奥氏体钢时，可根据合金钢含量较低一侧母材或介于两者之间的选用焊材。

（2）当两侧母材之一为奥氏体钢时，应选用25Cr-13Ni型或含镍量更高的焊材。

2.1.4 焊接要求

（1）这两种材质间的焊接选用小电流、窄焊道、短弧焊和尽可能快的焊接速度。

（2）多层焊时要严格控制层间温度在100℃以下，焊完一道焊缝后，要待焊件冷至用手摸后再焊下一道。允许用水或风强制冷却，必要时也可将焊件置于水中或边焊边用水或风冷却。

（3）为防止弧坑裂纹，断弧时要进行弧坑处理（将弧坑铲除或采用钩形收弧），终断弧时，一定要将弧坑填满或引出弧坑。

（4）焊接前应对焊件和焊丝进行清洗。

（5）打底焊接时厚一些。

（6）对于一些高空作业的焊口或固定焊口，应采用可熔纸与药芯的氩弧焊丝进行氩弧打底焊接。

2.2 同种钢12Cr1MoV的焊接

2.2.1 合金钢12Cr1MoV的性能

12Cr1MoV是合金钢的一种材质，主要用途是用于制作锅炉中的钢结构件，使用温度达580℃，要求钢板有较高的耐高温持久强度，钢板以正火加回火状态交货。12Cr1MoV合金管是在优质碳素结构钢的基础上适当加入一种或数种合金元素，用于提高钢的力学性能、韧性和淬透性。用此类钢制造的产品通常需经热处理（正火或调质）；其制成的零、部件在使用前通常需经过调质或表面化学处理（渗碳、氮化等）、表面淬火或高频淬火等处理。因此，根据化学成分（主要是含碳量）、热处理工艺和用途的不同，此类钢大致又可分为渗碳、调质和氮化钢三种。12Cr1MoV化学成分如表1所示。

表112Cr1MoV化学成分 %

2.2.2 焊接工艺评定

（1）焊接方式：氩电联焊。

（2）焊接设备：直流电弧焊机、氩弧焊机。

（3）焊接位置：水平固定。

（4）坡口形式：Y型。

（5）焊条 R307，规格 φ3.2 mm；焊丝 TIG-R31，规格φ2.5 mm。

（6）焊接电流、电压：氩弧焊电流110 A、电压13 V；电弧焊电流 95～105 A，电压 25 V。

（7）焊前预热200℃；焊后热处理720℃～750℃保温1 h，升降温速度220℃/h。

2.2.3 焊条和氩弧焊丝选择的原则

（1）根据等强度观点，选择满足母材力学性能的焊条，或结合母材力学性能的焊条，或强合母材的可焊性改用非强度而焊接性好的焊条。但考虑焊缝结构型式，以满足等强度等刚度要求。

（2）其合金成分符合或接近母材。

（3）母材含碳、硫、磷有害杂质较高时，应选择抗裂性和抗气孔性能较好的焊条。建议选用氧化钛钙型、钛铁矿型焊条，如果尚不能解决，可选用低氢型焊条、焊丝。

2.2.4 焊接要求

（1）合金钢12Cr1MoV裂纹倾向较大，所以在焊接时应设法减小焊缝的拘束度，尽量在自由状态下焊接，以免因刚性过大而引起过大的内应力导致焊缝产生裂纹。为此除了要求班组严格按照焊接工艺指导书的焊接顺序和方向施焊外，还要注意不可对焊件进行强度固定，所以在施工时先将管道在自由状态下对接好，并且坡口达到要求及焊缝预热温度后方可施焊，焊缝采用分层：第一层为钨极氩弧打底，其他层为电弧盖面。焊接时层间温度不低于预热温度，这样才能保证焊接接头不致产生淬硬甚至裂纹。但也不能过高，以免过烧，使晶粒粗大，降低性能，每焊完一次必须用砂轮机清根防止夹渣，如果焊件温度不够，必须重新预热防止产生裂纹。

（2）焊后必须立即进行热处理。因为12Cr1MoV耐热钢产生的裂纹带有延迟性，也就是焊后当时不裂，待焊件冷却一段时间后才出现裂纹。而焊后立即进行热处理是避免延迟裂纹的最有效措施。

（3）热处理完成后应测量焊缝及热影响区的硬度值，其硬度值应符合设计文件规定。焊缝硬度不宜大于母材硬度的125%，且检查数量不应少于热处理焊口总数的10%。如用硬度仪测得的哪条焊缝及热影响区的硬度值不符合要求，则应及时重新热处理。

3 焊接工程现场管理[3-6]

3.1 施工依据

（1）设计文件及相关资料。

（2）遵守有关施工验收规范以及监理、业主有关焊接质量管理和质量控制规定。

3.2 建立焊接质量组织机构及职责权限

（1）项目经理部的焊接施工管理在项目总工程师和项目施工经理领导下，并接受公司质保体系的监控。项目经理部设立焊接工程师、质量检查员和无损检测工程师，施工队设焊接管理员，施工班组设兼职焊接检查员。成立焊接工程质量保证组织机构。

（2）项目经理部工程管理部设焊接工程师，负责以下工作：

①施工前认真熟悉图纸及有关标准、规范、要求，负责从公司焊接试验室申请提供满足本工程要求的焊接工艺评定；根据焊接工艺评定结果，审核焊接工艺卡和施工方案。提出焊工培训考试要求。

②监督检查焊接质保体系的运行、焊工培训考试计划的执行情况，解决焊接施工中所出现的技术、质量问题，对重大焊接质量问题应及时向公司汇报。

③积极推广应用焊接新方法、新工艺、新材料和新机具。

④审核焊接交工资料及存档资料。

⑤参与焊接技术交底。

（3）项目经理部工程管理部设焊接质量检查员，负责以下工作：

①认真学习图纸和焊接施工方案，熟悉焊缝质量检查所依据的标准、检验项目及合格级别，全面监督、检查焊接质量。

②指定焊缝局部探伤位置和扩探位置。

③集中管理焊工合格证件（复印件）。

④整理外观检查、无损探伤检查报告，评定焊接工程质量。

⑤负责与监理或业主有关人员联系焊缝检查事项。按规定统计、上报有关报表。

⑥监督检查焊接材料管理员的工作质量和记录台帐。

（4）施工队焊接管理人员和焊接检查员负责以下工作：

①施工前熟悉施工图纸及有关标准、规范，提出需要的焊接工艺评定，并向公司焊接试验室提出焊接工艺评定申请。根据焊接工艺评定结果编制焊接工艺卡和施工方案，指导施焊人员正确施焊。

②焊接管理员应向施工人员进行焊接技术交底。

③焊接管理员监督本队焊接施工情况，提出并执行焊工培训考试计划，解决焊接施工过程中出现的问题，并及时向项目经理部焊接工程师汇报。

④焊接管理员负责检查焊缝外观质量，并提出无损检测申请。⑤焊接管理员整理焊接交工资料和存档资料。⑥焊接管理员根据焊接工作量和具体的技术要求，按规定时间填写焊条烘干委托单。

⑦填写焊缝探伤委托单并联系探伤，及时了解并反馈探伤结果。

3.3 焊接施工方案的编制和审批

（1）重要施工项目或部位均应有焊接施工方案。焊接施工方案由施工单位编制，经项目经理部焊接工程师审核、专业技术总负责人批准后实施，作为相应施工项目或部位焊接施工的依据。

（2）焊接施工方案应包括以下内容：母材材料、规格、数量；接头与坡口形式及组对要求；采用的焊接方法；焊接材料选用；焊前预热及焊后热处理要求；焊缝检验项目、数量及合格标准。此外应包括焊接施工质量保证措施、所需的机具以及合格焊工的数量、考试标准等。

（3）对特殊材料（有色金属、高温合金、δs＞390MPa的钢种）的焊接，或有关规范有要求时，方案中都应根据焊接工艺评定结果，提出焊接工艺要求。

3.4 焊接材料管理

（1）凡入库的焊接材料（焊条、焊丝、焊药、焊接气体）必须具备合格证，由项目经理部设材部材料责任师审核确认。若合格证中检验项目不全或无合格证，材料责任师负责补全或组织复验。

（2）焊接气体由设材部专人采购、保管和发放。

（3）项目部施工现场建立统一的焊材管理站，设专职焊材管理员对焊条进行集中保管、烘干、发放和回收，并建立、健全相应的规章制度和台帐。

①焊条烘干站应具备满足焊条贮存要求的干燥、去湿设施和足够数量的烘干、恒温箱，并配备自动恒温装置。

②各种牌号焊条烘干条件及贮存温度应画表贴于屋内明显位置并严格执行。每次烘干焊条的牌号、规格、数量应根据焊接管理员填写的委托单进行。当日下午使用的焊条可在当日上午10时前委托烘干，次日上午使用的焊条应在当日下午17时前委托烘干。

③对焊条贮存室内相对湿度、温度、焊条的烘干、发放和回收等情况，每天必须认真及时地进行记录。各施工队焊条应设专人领用，领用焊条人员应佩带焊条领用许可证。

（4）焊工领用焊条必须使用保温筒，收工时将未用完的焊条和焊条头一并交烘干站，核对后分开保管。

（5）一般焊接材料代用应经焊接工程师书面同意。特殊焊材代用应事先由焊接工程师报项目经理部专业技术总负责人认可、征得设计方面批准后方可代用，必要时报公司主管焊接的工程师认可、总（副总）工程师批准。

3.5 焊工管理

（1）焊工在上岗前应经过专门培训考试，并持有与所焊材料相适应的合格项目，严禁无证焊工上岗作业。

（2）焊工在施焊前应参加技术交底，并详细了解所焊材料的焊接工艺，严格执行焊接工艺。

（3）严格执行各项焊接施工管理制度，对自己的焊接质量负责。

（4）焊工上班前应按规定穿戴好劳动保护用品，按焊机的操作规程使用焊机。

3.6 焊接设备管理

（1）焊接设备应满足所焊材料焊接工艺的要求，调节灵活，性能稳定。

（2）焊接设备所附属的仪表应工作正常，经计量合格且在周检有效期内。

（3）焊接把线不得乱扯、乱放，破损处用绝缘胶带包好，防止漏电短路损坏工件和焊机。

（4）焊接设备在现场应有良好的防护措施，每台设备设专人负责日常的保养维护。

3.7 焊接施工管理

（1）焊接施工开工条件。

①焊接施工开工前，按规定审查焊工资格证书的合格项目与施焊部位是否相符，并填写焊工登记表。

②开工前检查有无焊接工艺评定以及是否覆盖所有焊缝的材料、焊接方法、厚度等，同时编制焊接工艺规程或焊接工艺卡。

③对上述两条检查完毕，填写《开工条件检查、核查记录表》交监理工程师审查批准后方可开工施焊。

（2）焊接现场所有防风、防雨措施，焊接环境（风速、相对湿度）应符合国家标准要求。

（3）施工队的焊接管理员施工前应向焊工和有关人员对焊接工作进行详细的交底，随时解决施工中出现的问题。

（4）焊工必须严格按焊接工艺说明书（焊接工艺卡）要求检查坡口的加工、清理及组对质量，焊接过程中要精心施工。对不符合标准要求的坡口有权拒绝施焊。

（5）焊前预热及焊后热处理。

①在施工方案中应有预热和热处理的详尽条款，否则应编制热处理作业指导书，其预热和热处理参数应符合焊接工艺文件的要求。

②对需进行焊前预热及焊后热处理的焊缝，由专人负责并严格按工艺要求进行。

③预热可用氧乙炔焰或电加热方式进行，直径不大于Dg50且壁厚小于3.5 mm的管道焊缝可用氧乙炔焰热处理，用测温笔或表面温度仪测温；其他所有焊缝必须使用专用的燃气和燃油装置或用电加热进行热处理。热处理使用热电偶测温并自动记录温度曲线。

（6）施工队（或班组）施工负责人应指定专人进行焊接施工记录，记录内容如下：

①施工气候条件（包括天气、相对湿度和气温）。

②Ⅰ、Ⅱ级管道焊缝以及有记录要求时的施焊记录。

③焊前预热、焊后热处理记录。

（7）焊缝焊完后，焊工应清除表面熔渣及飞溅物，并对焊缝外观进行自检，不合格部位进行打磨、修整或补焊，然后按规定标识本人钢印代号（详见《焊接管理规定》）。

（8）施工队焊接管理员收集整理焊接交工和存档资料。

3.8 焊接检验

（1）外观检查：所有焊缝均应由焊接检查人员进行外观检查。记录Ⅰ、Ⅱ级管道焊缝的检查结果。不合格焊缝应通知焊工进行修整或返修。

（2）超声波或射线探伤检查。

①由焊接管理员填写探伤委托单，联系探伤和返修。高强钢或有延迟裂纹倾向的钢种的探伤工作必须在焊后24 h之后进行。

②局部探伤及扩探焊缝部位由焊接检查人员确定。

③探伤工作应与施工密切配合，并及时出具探伤结果报告。

（3）磁粉或渗透探伤前，施工负责人应安排人员将焊缝及两侧表面打磨平整。

（4）保存所有探伤检查的原始记录。

（5）凡一次合格率低于70%的焊工，应及时通知项目部质检站，令其下岗培训后重新考试上岗。

3.9 焊缝返修

（1）焊缝无损探伤检查不合格必须进行返修，返修后仍按原探伤方法检查。

（2）焊缝返修一般由施焊焊工本人进行，也可由操作技能较高的焊工进行。返修应由探伤评片人员确认缺陷性质及位置，焊工彻底清除缺陷且修整好坡口后方可补焊。

（3）一、二次返修按原施工工艺进行，三次以上返修应由焊接工程师制订返修方案，经专业技术负责人批准后进行，必要时由公司焊接工程师审核、总（副总）工程师批准。

3.10 焊接交工与存档资料

（1）项目部焊接施工资料实行标准化管理，按容器、管道、建筑钢结构等工程项目的不同，分别建立规定的统一表格型式。

（2）工程部应明确规定交工资料与存档资料目录。

4 结论

对于化工建设施工企业而言，承建的大部分项目是化工厂，焊接工程质量决定了工程的质量。作为施工技术管理者，在工作中要不断的学习、积累和总结，使之形成宝贵的焊接知识和经验以及工作的规范化、标准化，这样才能更好地保证焊接质量。

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[1]《石油化工低温钢焊接规程》SH/T 3525-2004[S].

[2]《石油化工异种钢焊接规程》SH/T 3526-2004[S].

[3]《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98[S].

[4]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[5]刘中青，刘 凯.异种金属焊接技术指南[M].北京：机械工业出版社，1995.

[6]陈裕川.焊接工艺评定手册[M].北京：机械工业出版社，1999.