浅谈芳烃联合装置加热炉炉管的焊接

李雪梅

中石化第四建设有限公司 天津 300270

耐热钢P9 在温度不大于630℃的使用环境下，在高温硫腐蚀、高温环烷酸腐蚀介质中都有良好的抗腐蚀能力，因此广泛应用于石化装置中的管道及加热炉炉管的焊接。以芳烃联合装置四合一加热炉炉管为例，介绍耐热钢P9 的焊接工艺。炉管的规格如表1 所示。

表1 P9 炉管规格及焊口数量

1 炉管P9 的性能分析

1.1 化学成分及机械性能

P9 化学成分及机械性能具体见表2 和表3。

表2 P9 无缝钢管化学成分表 %

表3 P9 无缝钢管力学性能表

1.2 工艺焊接性

（1）P9 钢可焊性较差，具有相当高的空淬倾向和较大的冷裂倾向，焊接完成后焊缝及热影响区金属硬度高、塑性差。为防止冷裂纹的形成并保证接头的韧性，焊前应进行预热，焊后应进行热处理。

（2）控制焊接区组织转变的进程也是耐热钢P9 焊接质量控制的关键。要在焊接过程中严格控制焊件的道间温度，使其保持在预热温度以上。

（3）P9 焊接接头在焊后状态均为高硬度的不稳定组织，因此焊后必须作相应的热处理，以改善焊接接头的机械性能。

（4）从耐热钢炉管P9 的焊接性分析来看，加热炉炉管焊接的关键环节是防止冷裂纹产生。为了避免冷裂纹的产生，应重点控制焊接环境、焊接材料、焊前预热、焊接道间温度和焊后热处理等工序。

2 焊接施工准备

2.1 环境条件

施焊前应确认环境符合要求，风速：手弧焊小于8m/ s；氩弧焊小于2m/ s。相对湿度小于90%。无雨、雪天气。

如果环境不满足上述要求，应搭设防风、防雨棚，否则禁止施焊。

2.2 焊机要求

焊机为直流焊机，并且保证焊机完好、性能可靠，双表指示灵敏，且在校准周期内。

2.3 焊工资质要求

焊工必须持有有效期内相应材质、相应位置的《特种设备焊接操作人员考核细则》合格证，经项目质检站确认后方可上岗施焊，严禁无证上岗或越岗施工。

焊工应配备以下工具：钢丝刷、锉刀、焊丝筒、焊条筒、砂轮机。

2.4 焊接方法

目前石化行业常用的焊接方法为氩弧焊焊打底，焊条电弧焊盖面。

2.5 焊接材料选用

焊接材料的选用应根据被焊管材的化学成分、力学性能及使用和施焊条件来综合考虑。常用的焊材为ER80S- B8，焊条为E9Mo- 15。

2.6 焊材管理

（1）入库材料应有合格质量证明文件，焊条、焊丝应按种类、牌号、批号、规格和入库时间分类存放保管，垛有明确标志。焊材库应配置空气温湿度记录仪，库房内温度保持在5℃以上，湿度不超过60%。焊条、焊丝应存放在架子上，架子离地面和墙面的距离应不小于300mm，架子上宜放置干燥剂。由专人负责，统一管理，作好记录，并由材料工程师定期进行检查。

（2）焊条烘干：焊条使用前要按照焊条说明书要求的参数进行烘干。

3 焊接具体施工

3.1 坡口加工

坡口原则上全部采用机械加工，个别管段无法进行机械加工时，也可采用火焰加工。在修磨坡口时，必须打磨掉2～3mm 的淬硬层，并将切割热影响区打磨干净；采用火焰加工的坡口修磨完毕后，应对坡口表面进行检查，确保坡口表面不存在裂纹、分层和夹渣等缺陷。

图1 焊接流程图

3.2 焊接接头组对及清理

组对前要用角式磨光机、棒式砂轮机、钢锉等将坡口及内外两侧不小于20mm 范围内的母材表面清理干净，直到露出金属光泽。焊口组对时应使管内壁平齐，其错边量不应超过管壁厚的10%，且不大于1mm。

3.3 定位焊

固定管或转动管定位焊应不少于三处，当管径小于57mm 时可点焊两处。定位焊焊接工艺和焊材应与正式焊接相同，定位焊方式为过桥方式，焊点数为2—5点，定位焊长度为10～15mm，高度为2～4mm，且不超过壁厚的2/ 3。

3.4 焊前预热

焊前预热温度为200～250℃，预热宜采用电加热法，并应在坡口两侧均匀进行。定位焊缝可采用火焰加热，且取预热温度的上限值，但必须保证热透且温度均匀；预热范围应为坡口中心两侧各不小于壁厚的5 倍，且不小于100mm，加热区以外100mm 范围内宜保温；预热温度宜在距对口中心50～100mm 范围内测量，且测量点应根据焊件情况均匀分布。具体焊接工艺参数见表4。

表4 焊接工艺参数

3.5 焊接工艺要点

（1）焊缝应尽可能一次连续焊完，预热焊缝若被迫中断施焊，重新焊接时要先检查确认表面无裂纹后重新预热方可施焊；需热处理的焊缝中断焊接或焊接完毕不能及时进行热处理时，应对焊缝进行200～350℃、不少于30min 的后热缓冷；需热处理焊缝的无损检测要在热处理完毕后进行。

（2）多层焊时，层道间温度应控制在等于或稍高于预热温度。

（3）单面钨极氩弧焊打底焊接时，焊缝内侧充氩气保护；打底要控制好电弧，运弧及送丝要均匀，以保证焊缝根部熔合良好。

（4）禁止在非焊接部位引弧及电弧擦伤管材表面，层间清渣要彻底。

4 焊后热处理

（1）根据P9 材料的特性,为了减少冷裂倾向和淬硬性, 焊接后应立即进行焊后热处理。热处理温度为750～780℃。保温时间按2.4min/ mm 计算，最短保温时间为2h。本加热炉炉管的保温时间为2h。

（2）热处理采用电加热方式，加热范围为焊缝两侧各不少于焊缝宽度的3 倍，且不少于25mm。加热区外100mm 范围内应予以保温，且管道端口应封闭。保温棉采用耐温≥1000℃的硅酸铝高铝毯, 厚度≥30mm。

（3）热电偶布置：热电偶采用K 系列EU- 2 型，测温范围为1100℃，使用前热电偶须经校验合格。安装时用镀锌铁丝捆绑牢固，端部紧贴焊缝。每道焊口按设计要求布置两个热电偶。

（4）自由升温至300℃后，加热速度应按5125/ T（℃/ h）计算，且不大于220℃/ h。

（5）保温后的冷却速度应按6500/ T（℃/ h）计算,且不大于260℃/ h，300℃后可自然冷却。

（6）各种材料按标准布置完毕后，对加热器、保温棉和连接头等进行自查，合格后连线并送电进行热处理。

（7）焊后热处理的温度控制宜采用计算机自动控制，温度曲线应用计算机自动记录。

5 硬度检测

炉管铬钼钢焊缝经热处理后，需按设计要求对焊缝进行100%的硬度检测。每个接头的硬度检验应不少于1 处，每处应包括焊缝、热影响区，其合格标准为布氏硬度HB≤241。

6 质量要求

6.1 外观质量要求

焊缝与母材圆滑过渡，表面应无裂纹、气孔、夹渣、飞溅和咬边等缺陷；焊缝表面不得低于母材表面，100%射线检测焊接接头余高不超过1+0.1b（b 为组对后坡口最大宽度），且不超过2mm；其余焊接接头余高不超过1+0.2b，且不超过3mm。

6.2 内部质量要求

内部质量检查按照设计要求100%射线检测，II 级为合格。

7 结论

本装置加热炉炉管现场焊接时，严格按照焊接工艺执行焊前预热、焊接、焊后热处理等工艺要求，焊接一次合格率达99%以上，保证了工程焊接质量。