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1、10CrMo910 厚 壁 管 焊 接 技 术李俊摘要10CrMo910厚壁管广泛用于输送540的高温蒸汽，本文结合某石化工厂超高压蒸汽管道的施工，分析了10CrMo910钢的可焊性，从焊接工艺评定、现场焊接与检验、焊后热处理等方面总结了壁厚28mm的该材质厚壁管的焊接技术经验。110CrMo910钢的特性 某石化企业技术改造中新增加一条超高压蒸汽管，材质为德国DIN17175-79耐热钢10CrMo910。该管道设计温度为535，设计压力为13.2MPa，管材直径213mm、壁厚28mm，需在现场进行组对焊接。10CrMo910钢的机械性能和化学成分分别见表1、表2。表110CrMo910钢
2、机械性能屈服(MPa)抗张(MPa)延伸(%)冲击(J/cm2)38051028.0224表210CrMo910钢化学成分元素CSiMnSPNiCrMoCuVTiAlW含量(%)0.110.330.520.0210.0120.042.311.000.0500.010.010.0200.01010CrMo910钢为珠光体的耐热钢，在英、美、德、日等国得到广泛应用，我国主要用于制造壁温在590以下的过热器及壁温为540左右的集箱和蒸汽管道。从大量积累的火电厂运行和高温性能试验数据可知，该钢具有良好的焊接性，对热处理不太敏感，能在大截面上得到均匀组织，持久塑性好，当延伸率达3%5%时，蠕变速率才开始
3、增加，进入蠕变的第三阶段。因此，该钢在运行中具有可靠的安全性。210CrMo910钢焊接中的问题2.1具有较大淬硬倾向根据国际焊接学会推荐的公式算得该钢的碳当量：这表明，该钢具有较大淬硬倾向。按照“等成分”原则，10CrMo910管采用手工电弧焊，选用R407焊条(HD5mL/100g)，依据伊藤和别索提出的焊缝冷裂敏感指数Pc计算式可知：式中HD扩散氢含量值，取5mL/100gh焊缝高度值，取28mmPcm裂纹敏感性系数相应的预热温度Ty为：Ty=1440Pc-392=14400.462-392=273()由上述分析可知，由于10CrMo910钢有较大淬硬倾向，且管壁厚有较大拘束度，焊接时容
4、易产生冷裂纹。为此采取的措施是：焊前必须进行预热，采用低氢型焊条焊接，焊后进行去氢热处理。2.2易产生再热裂纹由于10CrMo910钢内S、P杂质含量很低，只要严格控制焊材的S、P杂质含量，一般不易产生热裂纹。试验证实，焊缝成型系数(即焊缝的宽高之比)越小，越容易产生纵向热裂纹；当焊接线能量超过50kJ/cm时，也易产生热裂纹。10CrMo910钢含有较多的合金元素，焊后热处理工艺不当时，容易产生再热裂纹。因此，严格控制焊缝中S、P、Pb等杂质，减少应力集中，严格控制焊接线能量。3焊接工艺评定采用手工钨极氩弧焊打底、手工电弧焊填充盖面的焊接方法，选用冶金部钢铁研究总院研制的H08Cr2.25M
5、o1A焊丝和E6015-B3(R407)焊条。按照JB4780-92标准进行水平固定和垂直固定两组焊接工艺评定。焊材化学成分见表3，焊接工艺参数见表4，焊接接头力学性能见表5。 表3焊材化学成分焊材牌号直径 (mm)元 素 含 量(%)CSiMnPSCrMoTi焊丝H08Cr2.25Mo1A3.00.0820.040.590.0100.00352.630.990.03焊条E6015-B3(R407)3.20.0660.270.830.0200.0092.421.13/4.00.0670.400.820.0180.0062.501.19/表4焊接工艺参数焊接位置焊接方法焊材焊缝焊接电源焊接电压(
6、V)焊接速度(cm/min)线能量(kJ/cm)牌号直径(mm)层次焊道极性电流(A)水平固定试件(图1)TIGH08Cr2.25Mo1A31正接10012013143.55.51827SMAWE6015-B3(R407)3.22反接75852223571620385100232457202644反接12014024256826315140150242546395066713515024254637487891401502425463748810111401502425573239垂直固定试件(图2)TIGH08Cr2.25Mo1A 31正接1101201415471824SMAWE6015-
7、B3（R407）3.22反接100110232414169123341001102324121791345710011023241317912GB/T27925810反接15016025261017122361114155165252610171623715191551652526101716238202415516525261520121792530155165252615201217预热温度：152预热温度：154层间温度：150162层间温度：153240 后热温度：300(1h）后热温度：300(1h)焊后热处理温度：720(2h）焊后热处理温度：720(2h)图1水平固定焊接位置图2
8、垂直固定焊接位置表5力学性能数据取样位置抗拉强度(MPa)断裂部位弯曲试验室温V型冲击功(J)硬度HV10焊缝热影响区母材焊缝中心热影响区水平固定焊口565母材合格170，176，150(外壁)164，180，147(外壁)158，154198，198，202，199，202，200，167179，140，150(内壁)195，196，220(内壁)197178，155，180，170，173垂直固定焊口565母材合格212，204，196(外壁)207，227，202(外壁)165，164209，208，180，188，194，190，186162，155，196(内壁)220，198，19
9、3(内壁)220198，205，198，180，1704现场焊接4.1坡口与组对10CrMo910耐热钢采用氧乙炔火焰切割下料，由于管壁较厚，用机械方法加工成双V型坡口，在现场用角向磨光机对坡口进行修磨即可，注意弯头、三通的坡口容易偏厚，必须对其内坡口进行倒角。对坡口及相邻内外侧进行PT检查，合格后才可以进行组对点固焊。为了避免损坏坡口，导致焊缝根部产生缺陷，采用坡口中部引桥点固法。用氧乙炔火焊中性焰对点固焊的位置进行预热，用氩弧焊点固管口六点(均布)，点固焊缝高34mm、长约25mm，即可保证点固牢固。4.2打底焊10CrMo910管采用手工钨极氩弧焊(TIG)H08Cr2.25Mo1A焊丝
10、打底。焊前采用电加热法对坡口两侧进行预热，可降低焊缝残余应力，减少根部淬硬倾向。从焊接工艺评定可知，焊缝管内壁冲击值比管外壁小得多。因此，提高预热温度对10CrMo910管焊接接头有利，但预热温度过高，焊工将无法操作。现场氩弧焊打底时，进行200、40min的焊前预热。由于10CrMo910管壁较厚，拘束度大。TIG打底层应厚一些(34mm)，并要求收弧时填满弧坑，在坡口上收弧，防止焊缝根部产生裂纹。打底焊结束后，用角向磨光机磨去点固焊点。4.3填充、盖面焊与探伤打底焊结束并检查焊缝无缺陷后，立即用手工电弧焊进行填充。规范要求耐热钢焊接时要连续施焊，由于管壁厚坡口较宽，连续施焊时线能量容易超出
11、评定值，这样，接头金属组织将变得粗大。为了控制线能量，层间温度必须控制在200300之间，严格按照焊接工艺进行多道焊。10CrMo910管壁较厚，其焊缝缺陷返修和焊缝RT探伤难度大，现场填充焊三层，焊缝厚约15mm时，进行300、1h的焊后热处理，24h后进行100%RT探伤，合格后重新预热继续焊接，完成填充盖面焊进行300、1h的焊后热处理，24h后进行100%UT探伤。通过进行两次后热，减少了焊缝中的扩散氢，降低了接头的焊接应力，也使预热温度比规范规定(250350)有所降低，便于手工氩弧焊操作。 5焊后热处理10CrMo910管焊后热处理种类很多，资料表明，对10CrMo910钢进行充分回火，长时间在550下使用，看不到有持久强度急剧下降的现象。因此，对10CrMo910厚壁管焊缝进行72010、恒温2h的回火热处理。采有(加热绳或加热带)电加热法，用硅酸铝纤维棉保温、RZK-130型加热器自动测温和打印热处理曲线。热处理工艺曲线见图3。图3热处理工艺曲线按以上工艺完成焊后热处理后，对焊缝、热影响区进行100%的PT检查和硬度检验，均一次合格。该超高压蒸汽管已连续正常运行一年多时间，焊接接头满足设计要
