16MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管的焊接
中国石油第六建设公司张立辉
摘要：针对1000万吨/年常减压蒸馏装置工艺管线中涉及的直径3000mm，主体材料是22mm+3mml6MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管。复合管l6MnR+00Cr17Ni14Mo2，从焊接性、焊接方法、焊接材料、焊接坡口设计、焊接工艺评定、焊接质量的检验等几个方面进行探讨，比较全面的总结了其焊接技术要点，并将其成功应用于实际的焊接生产中。
关键词：l6MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管；焊接工艺评定；焊接参数
随着我国石油化工工业的发展，石油化工装置的工艺管线中采用不锈钢复合管越来越多，不锈钢复合管一种制造成本低、具有良好综合性能的金属材料，具有很高的经济价值，其复层不锈钢和工作介质相接触，具有良好的耐腐蚀性能，而强度主要靠基层来保证，降低了综合制造成本。但复合管制造及焊接工艺较复杂，特别是对过渡层及复层的焊接质量要求很高，因此，对于复合管的焊接，焊前分析、焊接工艺评定、选择合理的焊接参数是保证焊接质量的关键。
l6MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管的焊接特点
从设计角度考虑，l6MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管的基层主要是保证强度，复层主要保证其耐蚀性能，中间增加的过渡层只是焊接工艺的需要。为了保证复合管不因焊接而失去其原有的综合性能，通常都是分别对基层和复层进行焊接，除了基层和复层的焊接外，还有过渡层焊接的问题，这是它的主要焊接特点。复层焊缝和基层焊缝之间，以及复层焊缝与基层母材交界处宜采用过渡焊缝。基层和复层的过渡层的焊接是复合管焊接的关键。基层16MnR是压力容器常用钢材，一般用以满足管道对强度、刚度和韧性等力学性能的要求，其焊接性良好，焊接时一般不需采取特殊工艺措施，复层00Cr17Ni14Mo2属奥氏体不锈钢，一般用以满足复合管对耐蚀性的要求，与其他类型的不锈钢相比，较易焊接，在任何温度下都不发生相变，对氢脆不敏感，主要问题是焊接热裂纹、碳化物析出敏化等，焊接时要控制好热输入和层间温度。过渡区的焊接性主要决定于基层16MnR和复层00Cr17Ni14Mo2的物理化学性能、接头形式和填充金属等。
二、l6MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管的焊接技术要点
1.焊接方法的选择
l6MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管过渡层的焊接是整个复合管焊接的难点，为防止基层金属对过渡层焊缝金属的稀释，因此焊接时要尽量减少熔合比，以减低对焊缝金属的稀释作用。基层、过渡层、复层的焊接最常用就是焊条电弧焊。
2.焊接工艺评定
GB150-1998《钢制压力容器》规定,凡是新材料、新焊工艺均应进行工艺评定,焊接工艺评定应以可靠的钢材焊接性能试验为依据，并在产品焊接之前完成。目前，不锈钢复合板的焊接工艺评定应按照JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》附录A“不锈钢复合钢的焊接工艺评定”进行，并遵守该标准正文的有关规定。
3.焊接材料的选择
不锈钢复合板的焊接根据JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》正文和附录A“不锈钢复合钢焊接规程”表A1推荐选用。
对于复合管，避免焊接缺陷的产生最关键就是焊材的选择。不锈钢复合管接头熔焊时必然会出现不锈钢和碳钢之间的互熔，从而发生复杂的合金化过程。这里可能出现两种情况：一种是在碳钢基层上熔焊不锈钢焊缝金属，另一种是在不锈钢复层上熔焊碳钢焊缝金属。这是两种完全不同的合金化过程。前一种情况，不锈钢焊材被碳钢母材少量稀释后仍是铬镍型不锈钢，只是降低了不锈钢焊缝中的铬镍含量，增加了碳含量，在不锈钢焊缝中易产生脆而硬的马氏体组织，其过渡层的硬化带厚度小于1mm，最高硬度HV230。后一种情况，碳钢焊材被不锈钢母材稀释后形成中合金钢焊缝金属，在快速冷却的作用下，它必然变得硬而脆，并对冷裂极为敏感，其过渡层硬化带的厚度可达2.5mm以上，最高硬度值达HV469。因此，在不锈钢复合管的焊接中要严格防止在不锈钢复层上采用碳钢焊条或低合金钢焊条焊接，只允许采用不锈钢焊条在碳钢基层上焊接。
（1）控制管道的圆度，保证组对质量。
（2）坡口形式尺寸标注以及组对时应以复层为基准，确保错边量不超标。
（3）封头与直管组对时，首先保证各自的圆度，再以封头周长匹配直管周长，保证封头与直管的组对质量。
6.现场焊接要求
为了保证不锈钢复合板原有的综合性能，应对基层、过渡层和复层分别进行焊接。不锈钢复合板焊接时，应注意以下几点：
（1）严格按照图样、焊接工艺和有关标准施焊。
（2）遵循先焊接基层，再焊接过渡层，最后焊接复层的焊接顺序。
（3）为防止沾附焊接飞溅，施焊前需在不锈钢复合板坡口两侧100mm范围内刷涂防飞溅涂料。
（4）定位焊缝只允许在基层金属面上采用焊接基层金属的电焊条施焊。
（5）基层的焊接，应严防基层焊缝熔化到不锈钢的过渡层甚至复层焊缝，以免少量高铬、高镍的不锈钢成分稀释到碳素钢焊缝中形成马氏体组织而发生硬化。在不锈钢一侧的基层焊缝尽量采用无飞溅的焊接方法（例如埋弧焊、非熔化极氩弧焊等），因为碳素钢的飞溅会在复层表面造成锈蚀。
（6）严防碳钢或低合金钢焊条焊接在复层上或过渡层焊条焊在复层面上。
（7）焊接过渡层时，为减小稀释率，在保证焊透的条件下，应尽可能采用小直径焊条，并采用小规范反极性进行直道焊，以降低基层对过渡层焊缝的稀释。
（8）复层焊接前，仔细清除坡口边缘复层坡口上的飞溅物。
（9）复层焊接时，为保证焊接质量，必须控制焊接热输入，应采取多层多道快速不摆动焊法，尽量采用小的焊接热输入和电流，并快速焊接。复层焊接时，不应预热和缓冷，有时甚至采取强制冷却措施，以尽量减少焊缝在400～850℃温度区间的停留时间，防止焊缝产生奥氏体晶界局部贫铬，板出σ脆性相，产生475℃脆性，从而保证焊缝金属具有良好的力学性能和抗晶间腐蚀性能。
（10）不锈钢复合板焊接的关键是提高焊缝一次合格率，减少返修次数。因为不锈钢复合板焊接接头的组织和性能十分不均匀，焊缝返修时经常产生热裂纹。
（11）不锈钢设备接触介质的一面焊缝应尽可能最后焊接。
（12）严格控制不锈钢表面机械损伤和飞溅物。
7.焊缝返修
当无损检测或现场施工过程中发现不锈复合钢复层有气孔、夹渣、分层等缺陷时，首先应由无损检测人员利用RT或UT确定出缺陷的部位及深度，肯定缺陷是在过渡层。
根据无损检测人员所确定的过渡层缺陷部位，利用碳弧气刨清除缺陷部位复层，然后利用砂轮机去掉碳弧气刨部位及其热影响区缺陷，清理完毕后利用PT检查确保缺陷已消除。
返修前先对缺陷进行定位。当缺陷位置距复层表面不大于8mm时，应在复层一侧进行返修；否则，在基层一侧进行返修，并控制刨槽深度，严禁伤及过渡层焊缝。碳弧气刨清除缺陷时，刨槽底部应修磨成U形，槽长不得小于50mm。返修后的焊缝应修磨成与原焊缝基本一致，焊缝返修工艺与正式焊接工艺相同。同一部位返修次数不宜超过二次，当超过二次时，须经技术负责人批准。
8.焊接检验
在基层焊接完毕之后、过渡层与复层焊接之前，对基层一般应进行射线探伤检查。发现超标缺陷，立即进行返修。返修完毕并经射线探伤检查合格后，再将复层侧的基层焊缝表面打磨平整，一般应进行渗透探伤检查，经过渗透探伤检查合格后，再焊接过渡层和复层。过渡层和复层焊接完毕后，一般还应进行渗透探伤检查。
三、结论
(1)通过分析不锈钢复合管的焊接特点、焊接工艺试验和现场焊接表明，焊接l6MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管的关键是复层和过渡层的焊接。
(2)焊接复合管容易出现裂纹，为了保证焊接质量，必须选择合适的焊接材料，调整焊缝金属成分，制定合理的焊接工艺。
(3)根据焊接工艺评定以及现场焊接情况表明，焊接l6MnR+00Cr17Ni14Mo2复合管所选用的焊接材料和制定的焊接工艺是合理可行的，为以后此类复合管的焊接积累了一定的经验。
|
|
