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1、铁基高铬镍耐热合金焊接工艺摘要以制氢装置改迄工程力倒,报道在制氢转化炉炉营现场焊接施工中,对铙基高铬镍耐热合叠管材的成功焊接,包括可焊性分析,焊接艺评定试验,焊接工,艺拦施年口厦董橙验.lliz”堡全塑三生芽热锈力繇置,1 工程概况将转化炉向北延伸 5287mm,两排炉管沿轴线武汉石油化工厂 9000 标 n/h 制氢装置向北各增加 14 根,共计增加 28 根,炉管伸出改造是继 1998 年 2 月 40t/a 柴油加氢精制装炉外部分通过管座(上,下共 56 个)与上,置投产后的一次规模最大的技术改造,整个装下猪尾管焊接,猪尾管又通过管座(上,下也置分制氢,PSA,加氢,氢提浓高压氮气共有
2、56 个) 与原料气管(上) 及分集气管站,脱硫等六个部分,而这次改造的主要工作(下) 焊接转化管 (单根长 13549mm)在操量集中在制氢装置,其中旧设备拆除 10 台,作状态下的热伸长由猪尾管来补偿.转化管系拆除 30m 烟囱 1 座,一新增反应器 ,换热器,统各部件的规格,材质和数量见表 l空冷器,风机等设备 17 台,利旧改造(包括表】转化管系统部件衰移位)2 台,新建 60m 烟囱 l 座.作为制氢装置的关由州石油化工设计院设计的,它分辐射室,对流室,烟气余热回收三个部分,其辐射室为两排炉管(南北走向),每排 22 根,共计 44 根车次改造28 根转化管在工厂制造后整体运拄现场,
3、上,F 猪尾管(56 根)与原料气管管座,转化管管座,下集气管管座的焊接均在现场进行.由于制造有误.有两根下装热电偶的转化管需在现场中间切口调整方向后重新焊接.由表 1 可知,转化管材质为 HK 一 40,下猪尾管及与之相连的管座均为 UNSNo8800,转化管,猪尾管及与之相连的管座都属于铁基高铬镍耐热台金,由于这种合金的焊接性较差,焊两端留出组对所需的长度.等烟囱组对后,再进行高空施工,尽量减少高空作业地面烟囱保温后,应增加保温层的外层防护措旋,在烟囱外侧沿周向均布 3 根等边角铁(50ram50mm).用于保护保温层.(编辑朱智灵收稿日期 20000125)石油亡程建设 2000 年 8
4、 月第 4 期缝金属易产生热裂纹,而制氢转化炉转化管系统均在高温,中压和临氢状态下运行,所以现场进行转化管与转化管,F 猪尾管与管座焊接时,防止焊接热裂纹的产生显得尤为重要2 铁基高铬镖耐热合金的可焊性分析2.1 主要问题UNSNo8800(1ncoloy800)卡口 HK 一 4O为美国钢材牌号,它相当于中国的 1Cr20Ni32和 ZG4Cr25Ni20.由于铁基高铬镍耐热合金具有热稳定性,热强性,耐蚀性和在使用条件下的组织稳定性,所以在燃气轮机,宇宙飞行器,火箭发动机,核反应堆,潜艇,热电站装置,石油化工设备的高温器件中,得到广泛应用.但由于这种合金的焊接性较差,工艺措旋稍有不当,便会出
5、现问题,表现如 F:(1)由于铁基高铬镍耐热台金的导热性差,焊缝与母材容易过热,造成品粒粗大,使接头力学性能和耐蚀性能下降.(2)焊接时易产生热裂纹及再热裂纹(3)容易产生气孔,主要是医氯,氧进八焊接熔池造成的.(4)对应变时效敏感.焊后如果残余应力较大,在时效过程或工作温度高于时效温度时,易生产”应变一时效” 裂纹.(5)铁基高铬镍耐热合金液态流动性差,熔深小,不能用大电流焊接.2.2 焊接材料选择按照常规,同材质工件焊接时,应选用与母材成分相同的焊接材料,但对于铁基高铬镍耐热合金而言,如此选取将忽略此类材料焊接热裂纹敏感性强的问题.事实上,选择焊接材料时,必须综合考虑焊接性,力学性能,耐蚀
6、性,生产率及经济性,应根据母材的高温强度,蠕变强度和伸长率等来选择,否则焊接性很差.另外,当同等级的镍铬焊接材料难以购到时,可用高一等级的代替,其中须特别注意含碳量对应,围为低碳时,会降低接头的高温强度和持久强度.为避免这类材料的焊接接头强度降低及出现热裂纹等缺陷,目前大都不选用铁基焊条(如 A800)而选用镍基焊材 .我们选用 AwsA511ENiCrFe 一 2 焊条和 Incone一 82 焊丝,其化学成分见表 2.表 2 铸基焊封的化学成井 I%牌号 CMnh】1sCuCrNb+TaENiCrFe 一 20101035l2f【)_I】3002 【】75050620L3l70530Inn
7、e 【一 82010253530II130I】15005,670l8222.030这类焊材有以下特点:(1)P,S 含量控制较低,si 含量稍偏高,但加入了 Nb+Ta,控制了 NiNiSi 共晶的形成,有利于防止热裂纹的产生(2)的含量较母材低,对焊接接头中cr 的碳化物的形成有一定的抑制作用(3)Mn 含量较高 .Mn 既是四熔强化元素,又是大原子半径元素,能造成品格点阵畸变,有效地防止多边化晶界的产生.同时,手工电弧焊时焊条药皮对焊缝金属有不可避免的增作用,提高 Mn 含量可以补偿固 si 的增加而下降的抗裂能力.用能量集中的焊接工艺不易造成过热和焊缝组织的不均匀 I 生.这是铁基焊条所
8、无法比拟的 .2.3 焊接的主要 I 艺措施(1)选用高频自动引弧,自动衰减收弧的氩弧焊机,并采用直流反接法,以避免起弧碰钨及弧坑热裂纹的产生.(2)严格控制焊接材料中 S,P,Fb,Bi等杂质含量.(3)控制热输入.尽量采用小电流低速焊接和保持电弧电压的稳定,并应采用短弧不摆动或小摆动的操作方法.(4)镍基焊条施焊时所需线能量较小,采陷(4)为防止热裂纹,气孔及熔合不良等缺坡口应采用机械加工,并用酒精将焊件表i 德簪霸 E 虿2000 年 8 月第 4 期铁基高铬镍耐热台金焊接工艺?27面的氧化皮,油污,涂料彻底清除.(5)焊缝宜采用多道焊,底层焊道完成后,应使用放大镜检查表面,每一焊道完成
9、后均应彻底清除表面的熔渣并进行检查,消除各种表面缺陷,每层焊道的接头应错开.(6)当焊件温度低于 15时,应对焊缝两侧各 300mm 范围内加热至 1520.且应热透,对拘束度大的厚壁焊件,宜采取预热措施.控制层间温度在 100以下.焊后急冷通常不进行焊后热处理,如在焊后或加工后必须进行热处理.只能短时间的保温并快速冷却,以防止晶粒长大.(7)当采用钨极氩弧焊方法焊接底层焊道时,应适当增加氩弧焊枪的喷嘴直径.增大氩气流量,同时管内充氩气.焊接过程中.焊丝的加热端应置于保护气体中.这样既可保护焊接熔池不受高温氧化,也可起到气玲作用,加快焊池的冷却速度,减小焊接线能量.(8)焊件表面严禁有电弧擦伤
10、,且不得在焊件表面引弧和熄弧,焊接熄弧时嘘填满弧坑并磨去弧坑缺陷,以防止产生火口裂纹.(9)尽量减少焊接应力.禁止强力组对.(i0)焊接完毕,应及时将焊缝表面的熔渣及飞溅物甩不锈钢刨锤和磨光机清理干净3 焊接工艺评定试验针对铁基高铬镍耐热台金的焊接特点井结合现场实际,我们在进行制氢转化炉下猪尾管(Incoloy800),转化管(HK 一 40j 焊接前的焊接工艺评定时选用氩电联焊的焊接工艺,试件规格为 D15215,D1126(1ncoloy800),D12712(HK 一 40).焊丝选用直径 2ram 的Incond 82,焊条选用 ENiCrFe 一 2.焊接工艺参数见表 3,表 4.衰
11、 3ENiCrFe 一 2 焊条焊接工艺参截 c 直流反接盛 I()f 蔑号 I 氩(L 气/mitt)32【triO-110l24-2760-1201701ll416.oIno 一601207010(1.4I6衰 4ncond 一 82 焊壁的焊接工艺羹 cl 洼正攮电流,I 熊熊(A)9O1o0120l2o1214-16114115l20试件焊后,依据压力容器安全技术监察规程及 Jl70g 等标准的有关规定对焊接试件进行无损检测,拉伸试验,冲击试验,宏观金相观测,弯曲试验,评定结果均为合格.4 制氢转化炉炉管焊接工艺41 转化管(HK 一 40)焊接 I 艺首先用等离子切割机将两根转化管从
12、适当部位切开,用设备加工 37.5.单面坡口.组对焊接时管内充氩气保护,先进行氩弧焊打底,选用 Inconel 一 82,直径 20mm 焊丝.焊接参数见表 4.氩孤焊打底经 PT 检查合格后,采用 ENiCrFe 一 2 直径 3.2mm 或 4.0mm 焊条,手工电弧焊填充和盖面,参数见表 3.最后经PT,RT 检查台格后吊装就位.42 下猪尾管(UNSN088OO) 焊接 I 艺下猪尾管与管座的材质均为 UNSNo8800,与焊接试件相同,所不同的是 ,下猪尾管与管座的连接焊缝为承插焊缝.而试件为对接焊缝,且规格不一.根据 GB5023698“现场设备,工业管理焊接工程施工及验收规范”第
13、 421 条可知.” 焊接工艺评定应采用坡口对接焊缝试件,坡口对接焊缝试件评定合格的焊接工艺亦可用于角焊缝”.因此.上述焊接工艺评定对于下猪尾管的焊接也是适用的先将下猪尾管端部及管座两侧用细砂纸打磨干净并用丙酮清洗,然后插入管座中.要求猪尾管端部与管座插口底部有 23ram 的间隙,采用手工电弧焊和 ENiCrFe 一 2 焊条(直径 3.2mm)进行焊接,对每层焊道都要严格进行 PT 检查,焊接工艺参数见表 35 质量检查下猪尾管与上,下管座的 56 个承插焊缝焊后均进行 PT 检查,2 根转化管对接焊缝焊后逐一进行 PT,RT 检查,均为 100%合格.j爵 F_一霹.石油工程建设 200
14、0 年 8 月第 4 期摘要阐述耐硫酸露腐蚀 l 二 09CrCuSb 钢 l 碗约可焊一及焊接技术要末,通过焊接工艺试验制定了合理的焊接工艺参数,在琏性气燃烧炉的蛘接施工中应赝,获得了满意的焊接质量,保证了设备的制造要求.主题词台叠钢髓馋.埠接1 概况.露点腐蚀对加热炉设备的使用毒的影响,为了提高燃料的热效率,梢温度就会使设备严重腐蚀,这就给生产带来了很大的困难,由此也可以看出解决露电腐蚀的难度.19871990 年间由中石化北京设计院,江苏江阴兴澄钢铁有限公司与机械部 k 海材料研究所共同研究开发了新型耐硫酸露电腐蚀用钢一 ND 钢,其主要特点是在中温中浓度的硫酸(如 70,50%H,SO
15、4 溶液) 中表面芨生钝化,形成一层富含 Cu,Cr,Sb 等台金元素的保护层,困而具有高的耐硫酸腐蚀能力.在兰炼酸性水汽提及硫酸回收装置的技术改造工程中,酸性气燃烧炉壳体材质就选用了ND 钢一 09CrCuSb,炉内介质为 HSSO,H2O.用 ND 钢可防止硫酸露点腐蚀,保证设备的正常运行.209CrCuSb 钢的可焊性09CrCuSb 钢的显微组织为铁索体+珠光体组织,珠光体含量为 l5%.夹杂物为硫化物及少量氧化物.晶粒度为 89 级其化学成分及力学性能见表 l,表 2衰 109CrCuSb 钢板 f 厚 12mnl的化学成分水压,气密试验及系统 5000C 热氮循环装置投产运行亦未发
16、现任何问题.但需注意的是,炉子的升温降温速度,开工停工操作不当所引起实际生产中为了保证 09CrCuSb 的耐蚀性,有几种元素必须严格控制,如 C,Sb 含量必须控制在 C010%范围以内,除此以外要保证主要合金元素 Cr,Cu,sb 及 Ti 的均匀性,困为并不是合金元素含量越高越耐蚀,耐蚀性能主要取决于合金元素的配比,任何台金成分中元素的偏析都将使 ND钢的耐蚀性受到影响,甚至出现局部腐蚀.可通过严格控制合金元素的成分,使合金元素达到均匀化的目的.一般来说,钢的可焊性是用它的碳当量C焊后最高硬度值 HV及焊接裂纹敏感系数 P 来衡量的.(1)按实际元素含量计算碳当量 C:C=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14=0.355%Ceq0.4%由此可知 09CrCuSb 钢板焊接时基本无淬硬倾向.(2)按碳当量用下式近似估算 09CrCuSb钢焊接后的硬度
