厚壁合金钢焊接及热处理技术探讨

刘永鹏

中化二建集团有限公司 浙江杭州 310000

1 厚壁合金钢的焊接

TP347不锈钢管是奥氏体型不锈耐酸钢，TP347在酸、碱、盐等溶液具有良好的耐腐蚀性能，因此广泛应用于航空，石油化工等工业中。起初TP347和TP347作为一种国外引进材料，根据工艺不同分为焊后做稳定化热处理和焊后不做稳定化热处理两种，壁厚基本在30mm以下，主要用途是在炉管方面。随着国内钢厂制造工艺技术的提升，TP347材料逐渐国产化，管道材料逐渐变厚，开始应用于工艺管道方面，工艺条件也变得越来越复杂[1]。在TP347材料应用于工艺管道的工程实践中，多个装置出现管道在焊接或稳定化热处理后出现焊缝裂纹的问题。

1.1 焊接方法及填充材料

为保证焊接质量，提高工作效率，根据合金钢的焊接性能，焊接方法选用钨极氩弧焊根焊，焊条电弧焊填充、盖面。为使焊接接头具有与母材相当的高温强度及高温抗氧化性，填充材料选用GB/T8110—2008中规定的ER55—B2（H1Cr5Mo）钨极氩弧焊焊丝和GB/T5118—2012中规定的E5515—B2低氢型焊条。

焊缝强度决定了零件的整体强度，为保证焊缝的强度和质量，需选择合适的焊丝。焊丝的选择原则有两种：一种是根据化学元素匹配原则，所选择的填充材料的化学成分与母材接近，焊接时的可操作性较好；另外一种是根据强度匹配原则，选取与母材强度相当的焊丝，可以缓解由于母材和焊缝强度差过大引起总体强度的降低。

1.2 焊前清理及组对

在进行管口组对之前，要求把坡口表面和两边母材内外表面高于20mm范围中的氧化物、熔渣、油污、毛刺以及一些其他有害杂质及时清理干净，应用同根焊类似的焊接材料，焊接技术参数做好定位焊，定位焊缝的厚度、长度以及间距都应该确保在正式焊接中不会出现开裂，每一道焊口定位焊缝应该高于2个地方，焊缝的长度应该保持在的10-15mm左右较为合适，定位焊缝应该做到平滑过渡到母材中，焊缝两边应该磨削成为斜坡，同时确保焊透以及熔合较好，并且没有气孔以及夹渣等问题。

氧乙炔熔态气压焊接技术在国际上应用十分广泛。该施工工艺较以前普遍使用的固态焊法要容易掌握，简化了对端面的要求，有效解决了操作工人技术要求较高的问题，大幅提高焊接速度。

1.3 后壁合金钢的焊接

在进行现场在进行钨极氩弧焊之时风速应该高于2m/s或者是焊条电弧焊风速高于5m/s，其空气中相对湿度应高于90%，或者当其遇到雨雪等环境之时，要求采取合适的保护措施，否则不能进行施焊。焊接前必须检查焊接设备的状态是否完好，确保气体较为充足。焊条要求根据实际进行烘干，其烘干的温度为350-400℃，保温大约1-2h。在焊条经过烘干以后，要求放置在100-150℃的保温筒之中方便取用，焊条在空气之中暴露的时间高于4h，则需要重新做好烘干工作，重复烘干次数不能高于2次，焊丝表面如果有油污的话，在使用前必须做好清理工作。焊前根据要求均匀预热坡口两边，预热温度应该高于200℃，预热范围要求将坡口作为中心两边各100mm，在母材焊缝达到预热温度以后及时进行焊接，焊接过程中应该对焊缝背面做好充氩保护，在焊接完成三层以后才能终止内充氩，焊接道间温度应该高于预热温度[2]。应用钨极氩弧焊之时，焊丝前端应该放在保护气体中，多层焊时每一层的焊接接头要求错开，及时清理道间以及层间影响焊接质量的杂质，在焊接中不能出现中断焊接的情况，在将焊接中断前及时应用后热措施。

焊缝跟踪和熔透控制都是焊接自动化的重要组成部分，焊接过程控制就是对熔池的监测，而获得清晰的熔池图像又是准确、快速地检测出焊接质量的必要前提.焊接过程往往产生各种缺陷，焊缝同一横截面上，焊接热输入相同，而随着特征点远离焊缝中心，热量由于试板的热传导和散热使得特征点峰值温度逐渐降低，前进侧温度较后退侧温度一般高10-20℃。观察焊后焊缝宏观形貌可知，飞边大部分出现在后退侧，由于飞边的存在使得焊接过程中后退侧热量散失较多，这就使得前进侧速度相对后退侧较高，从而造成两侧温度差异。

2 热处理技术分析

在不同的温度区间，试验钢的抗拉强度以及硬度会在温度升高之下有两种发展趋势，指的是在840-880℃范围中强硬度有着较为明显的提升，但是随着温度的慢慢提升，试验钢淬火后的强硬度则出现了逐渐降低的趋势。在确定合适的温度范围中，在淬火温度提升的背景下冲击功有着降低的趋势，主要是因为淬火温度提升后，奥氏体晶粒粗化以后导致淬火生成的马氏体组织比较大，造成塑韧性的降低[3]。

焊后立即进行热处理，目的是减小冷裂纹倾向和消除应力裂纹，改善焊缝内部组织，提高焊接接头综合力学性能。热处理温度700-750℃，用热处理设备控制绳型或者履带型加热器，履带式加热器原理如下：加热至300℃后，按3.5℃/min的速度加热；加热至710℃，恒温30min；以4℃/min的速度进行冷却，冷至300℃后自由冷却。测温采用热电偶均布在焊口周围，并用自动记录仪记录热处理曲线。在焊缝两侧不小于焊缝宽度的6倍，且不小于25mm，加热区以外100mm用石棉保温毡保温，管道端口封闭。焊道热处理后应用里氏硬度仪对焊缝进行硬度检测，每道焊缝检测3处，每处检测3点，部位分别为母材、热影响区和焊缝，按SY/T0599（NACE标准MR0175）要求进行硬度测试，应满足硬度≤HV250。

3 结语

在对厚壁合金钢进行焊接中要求严格依据工艺技术进行预热，合理控制道间温度，在焊接后及时做好焊后热处理，不能在焊后热处理的必须及时进行后热处理，保证焊接接头的相关性能。