焊接耐高温钢的工艺措施

[摘 要]12CrMo钢是通用的1/2Cr-1/2Mo钢,是在1/2Mo钢基础上发展的珠光体热强钢。因为加入了0.5%Cr可以有效的阻止石墨化倾向,它的耐热性比1/2Mo钢要高500。本文对锅炉蒸汽管道和裂解炉辐射段炉管材质12CrMo新旧管材和12CrMo大型锻件的焊接性进行了分析和试验,制定出合
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 [摘 要]12CrMo钢是通用的1/2Cr-1/2Mo钢,是在1/2Mo钢基础上发展的珠光体热强钢。因为加入了0.5%Cr可以有效的阻止石墨化倾向,它的耐热性比1/2Mo钢要高500。本文对锅炉蒸汽管道和裂解炉辐射段炉管材质12CrMo新旧管材和12CrMo大型锻件的焊接性进行了分析和试验,制定出合理的焊接工艺,对旧炉管和锻件易出现的热裂纹,采取针对性方法修复,有效的解决了新旧炉管焊接难题,达到使用要求,延长了炉管的使用寿命。
  [关键词]12CrMo钢 新旧炉管 焊接热裂纹 焊接工艺
  中图分类号:TG457.11 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)16-0035-01
  0前言
  中原油田有裂解炉辐射段炉管其材质为12CrMo钢的离心铸造管,设计压力为1.1MPa,工作介质主要为裂解原油和气态烃,在480℃~540℃的高温下,原料受热在炉管内发生热裂解反应,经过高温生成多种化工产品,炉管长期处于生产运行中,在高温,高碳情况下连续工作,炉管偶尔会出现抗氧化性,抗渗碳等性能不良,因为要连续长时间使用,该种材料焊接时应考虑焊缝的热强度和高温耐性。
  一、12CrMo钢材料焊接性能分析
  1、12CrMo钢的化学成分及加工性能。12CrMo钢的焊接性能总的来说还可以,但是如果壁厚大于13mm的钢管焊前不预热不当,极易在焊缝及近缝区产生热裂纹等缺陷。Si的含量较高它主要是为了提高材料的抗氧化性能,但它在焊接时易形成硅酸盐杂质,而产生裂纹。其微量合金、Al、Ti 、Zr等合金元素,因溶解度有限的问题,有时能形成有害的易熔夹层,也会使接头中出现细小热裂纹。会不同程度的降低该材料的焊接性能。
  2、锅炉旧炉管长期运行后或温度操控不当的情况下,有些管子表面会形成一层渗碳层,并且合金元素因为烧损,造成了改变金属内部组织结构的情况。所以在焊前我们应该进行严检查,要彻底解决除母材缺陷和不足,弥补合金元素的损失,有利于提高焊接质量。
  3、维修更换炉管时,新旧炉管组对后焊接,旧母材上也容易出现热裂纹。钢管产生热裂纹的主要原因是,12CrMo钢这种材料的导热率相对比较小,而热膨胀又系数大,特别是在焊缝接局部加热和冷却的条件下,焊接接头在冷却过程中可产生较大的拉应力,焊前预热温度达不到要求,是产生裂纹的主要原因。
  我们通过上述对该材质的分析和试验,找到了出现裂纹的原因,为了达到满意的焊接效果,在焊接时必须制定合理细致的焊接工艺,焊接要必须一次成功,尽量减少二次返修及补焊。
  二、12CrMo钢的参数及焊接工艺,以我单位以Ф114×8mm新旧炉管横口连接固定焊为例。
  1、焊接方法的制定
  要想避免12CrMo钢炉管在焊接过程中易出现的热裂纹,在焊接时应采用热输入集中且较小的焊接工艺方法,做到控制层间温度不易过高,手工焊条用E5515-B1或热204焊条。厚度大于12mm的钢管,焊前预热至200~250℃,Ф114×8mm新旧炉管厚度不用预热。我们也可以采用手工钨极氩弧焊进行打底焊接,直流正接,因为直流正接钨极的发热量小,不易过热,避免产生夹钨,而且熔深大,熔宽较窄,易控制焊缝成形,焊接质量也非常好,焊后不用热处理。
  2、焊前准备
  焊接前旧钢管表面必须清理,用磨光机彻底打磨清除焊缝表面和内部6~10mm两侧的氧化皮,杂质,油污,黑色覆盖物,渗碳层等,一直到打出金属光泽。
  3、选择焊接方法。
  打底选手工钨极氩弧焊,填充盖面选手工电弧焊。可用加热好的E5515-B1焊条在旧炉管母材端部表面堆焊。
  4、加工沟槽可以避免再次受热产生新的缺陷。在旧炉管母材端部表面焊接过程中,因旧炉管可能存火焰切割而产生的微细裂纹及严重碳化,改变了母材组织性能,为了避免焊接时产生裂纹,未熔合,增强母材的塑性,减小焊接应力,我们要用切割机在旧炉管端部表面加工三角形或矩形的沟槽,有利于避免因火焰切割受热产生的缺陷。
  三、微裂纹较严重的旧炉管焊接注意事项。
  1、在焊接过程中要尽量减少焊接应力。微裂纹较严重的旧炉管焊接时旧母材薄弱处产生的应力集中。如何防止产生热裂纹呢?我们的做法是,焊接时通过电流来调节熔合比,形成与新管材料相近的过渡层,在增加焊接母材合金元素的含量值,增加焊接母材的塑性后在与新管进行组对焊接,保证对口质量,错边量不大于0.4mm。然后在管端加工好坡口。
  2、选择性能优于母材的焊丝。焊接中应尽可能采用选择塑性,韧性,高温力学性能都好于原母材的焊丝,同时还能弥补了母材合金元素的烧损,调整焊缝合金成分,提高并改善旧母材的组织性能等,以确保焊接质量的提高。
  四、焊接过程与方法
  1、第一层选用氩弧焊打底焊
  对口时焊点点到坡口边缘为四点,打底焊接时要把焊点打磨掉,有利于防止产生热裂纹的产生。为减小焊缝的过热,采用小的电流,进行焊接,焊滴在熔池上部边缘,采用抹、续、滴等运条方式,焊把可做轻微摆动,运弧下时稍快,上时稍慢,可用月牙、锯齿等运弧方法。
  2、第二层填充焊
  填充焊可用手工电弧焊,也可用自动焊或氩弧焊。填充焊采用多层多道焊和小截面快速焊,尽量减小焊缝的过热,造成导致焊接接头高温韧性下降,产生热裂纹。
  3、盖面焊
  盖面焊可用手工电弧焊或氩弧焊,保证熔化的前提下再考虑焊缝的成型,焊肉不能过厚,过厚将造成搭接,依据焊缝的宽窄不同,选择压一层或两层,焊肉不能过高,不超过母材表面0.5~1mm就行,焊接尽可能的不再熔化旧母材,只熔化长过肉的堆焊过渡层。
  五、焊接过程中出现的问题及解决方法。
  1、焊接过程中在弧坑内出现裂纹
  产生原因:收弧快,焊丝没有添满弧坑等。
  解决方法:延长热量衰减时间,调整到衰减时间约4秒左右,注意观察焊丝是否添满熔池,焊丝要甩至新管坡口边缘。
  2、焊接时旧管母材上产生了热裂纹
  产生原因是因为熔池温度过热,焊弧在一个地方停留时间过长,焊丝添加的不及时或不均匀。
  解决方法:焊接融化时调小电流,提高速度,采用多道多层焊,这样可以避免焊缝金属二次过热。
  产生原因焊接过程中母材的表面,内壁及内部有未清除干净的杂质、氧化皮、油污和渗碳层等残存物等。
  解决方法:焊前用磨光机,钢丝刷、清洁剂等彻底清除旧管母材表面及内部的杂质。
  4、新旧母材焊接时不熔合
  产生原因是堆焊时焊的不均匀,过渡层所含合金元素不符合标准,管内充气保护不好,焊丝添加忽快忽慢,不稳定。
  解决方法是在旧炉管上堆焊时的厚度要均匀,并且要达到一定的厚度,约为2~3mm。
  六、焊后要进行外观检查和探伤
  焊接冷却后要对焊缝进行X光射线拍片检查、着色渗透检查,,没有裂纹,没有内部缺陷,外部有没有咬边。规定不低于II级片为合格。
  七、结论
  通过长期对12CrMo新旧炉管的焊接试验,只要选用正确的焊接材料,合理的焊接工艺,对旧炉管进行堆焊的方式,发现减少了焊接应力。科学的的控制焊接过程,有效的防止了热裂纹出现的发生,解决了长期困扰我单位的技术难题,节约了大量资金,提高了效率和使用年限。

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