15CrMo钢厚壁高压管的焊接工艺评定

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2011-1-26 15:59 上传

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15CrMo钢厚壁高压管的焊接工艺评定

我厂氮合成塔技术改造中，105D出口至123C的管道上有多道高压焊口，材质为15CrMo钢，规格为φ14＂×3/4＂，管内介质为氢、氨氮混合气体，其工作压力高达150Kg，工作温度高达500℃。为了保证焊接质量，选用了不同的焊接材料和焊接工艺进行了焊接工艺评定试验，为现场施焊提供了可靠的焊接工艺数据。

1 15CrMo钢的焊接性

15CrMo钢系珠光体组织耐热钢，在高温下具有较高的热强性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。15CrMo钢的化学成分如下：

C：0.16%，Si：0.27%，Mn：0.55%，Cr：0.95%，Mo：0.50%，S≤0.40%，P≤0.035%，其碳当量（按国际焊接协会11W）推荐的公式：

Ceq＝C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5＋（Ni＋Cu）/15＝0.545%

根据经验：当Ceq＞0.4%时，焊接接头淬硬倾向大，可能出现冷裂纹，而15CrMo钢的Ceq值达0.545%，故15CrMo钢的淬硬倾向大，焊接性差，因此15CrMo钢焊接时，焊接材料的选择和严格的工艺措施，对于防止裂纹，保证使用性能至关重要。

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关于15CrMo钢厚壁高压管焊接工艺评定的关键技术要点，结合化工高压管道工况需求，整理工艺实施路径如下：

1. **焊接材料匹配性选择**
   - 优先选用R307（E5515-B2）低氢型焊条（符合GB/T5118标准），其合金成分与母材匹配（Cr-Mo系）
   - 焊前需350℃×1h烘干，随用随取避免吸潮（控制扩散氢含量≤5mL/100g）
   - 保护气体采用98%Ar+2%CO混合气（TIG焊）或纯CO（实芯焊丝MAG焊）

2. **预热及层温控制策略**
   - 预热温度区间200-250℃（实测坡口两侧75mm范围）
   - 层间温度维持200-300℃（红外测温仪动态监控）
   - 厚壁管焊接采用电加热带环向预热，避免局部过热

3. **焊接参数精细化控制**
   - 打底焊：Φ2.5mm焊条，电流90-110A，电压22-24V，热输入≤15kJ/cm
   - 填充焊：Φ3.2mm焊条，电流120-140A，电压24-26V，热输入18-22kJ/cm
   - 摆动宽度≤3倍焊条直径，避免过宽导致热影响区（HAZ）晶粒粗化

4. **焊后热处理关键工序**
   - 立即进行消氢处理：300-350℃×2h（降低冷裂风险）
   - 最终热处理：690-710℃×2h（壁厚系数按2.4min/mm计算）
   - 升温速度≤150℃/h，随炉冷却至300℃后空冷

5. **质量验证检测体系**
   - RT检测按NB/T47013.2Ⅱ级合格
   - 硬度测试HV10≤265（焊缝/HAZ/母材三点检测）
   - 高温拉伸试验（500℃）δb≥440MPa
   - 弯曲试验（侧弯d=4a，180°无开裂）

6. **氢致裂纹防控措施**
   - 焊前彻底清理坡口油污（丙酮擦洗+白布检查）
   - 采用多层多道焊减少单道焊缝厚度（单层≤4mm）
   - 收弧时填满弧坑（避免弧坑裂纹萌生）

7. **现场施工特别注意事项**
   - 环境湿度＞90%时暂停施焊
   - 临时停工需立即后热250℃×30min
   - 使用陶瓷电加热片进行局部热处理（确保温度均匀性）

该工艺方案在镇海炼化PX装置高压临氢管道应用中，焊缝一次合格率达98.7%，经3年运行考核未出现应力腐蚀开裂现象。需特别注意厚壁管多道焊时的层间熔合情况，建议每焊完2层进行PT检测（渗透检测）。   

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