第４３卷第３期 ２０１７年３月 工艺与设备 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ 化工设计通讯 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ １ ２Ｃｒｌ ＭｏＶＧ、１ ５ＣｒＭｏ异种钢焊接工艺分析及 厚壁管道合理的焊接工艺及热处理工艺 王 昊 （中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 １５４１００） 摘要：１２ＣｒｌＭｏＶＧ属于常见的珠光体耐热钢，１５ＣｒＭｏ属于低合金珠光体耐热钢，这两种异种钢都具有很好的抗氧化性 与热５虽ｊ｝生，但这两种钢在进行焊接时，都容易出现冷裂纹等缺陷。针对这一问题，主要对１２Ｃｒ１ＭｏＶＧ与１５ＣｒＭｏ异种钢的焊接 工艺进行了分析，对厚壁管道合理的焊接工艺与热处理工艺进行了优化研究。 关键词：焊接；异种钢；热处理 中图分类号：ＴＧ４５７．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—６４９０（２０１７）０３－００８４－－０２ Ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｆ １２Ｃｒ１ＭｏＶＧ．１５ＣｒＭｏ Ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ Ｓｔｅｅｌ ａｎｄ Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ Ｗｄｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｔｈｉｃｋ－ｗａｌｌｅｄ Ｐｉｐｅ ＷａｎｇＨａｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ：１２ＣｒｌＭｏＶＧ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｐｅａｒｌｉｔｉｃ ｈｅａｔ．ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｓｔｅｅｌ，１５ＣｒＭｏ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｌｏｗ．ａｌｌｏｙ ｐｅａｒｌｉｔｉｃ ｈｅａｔ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｓｔｅｅ１，ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ ｓｔｅｅｌ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔｎｃｅ，ｂｕｔａ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌｉ１１ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ， Ａｒｅ ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｃｏｌｄ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｅｆｅｃｔｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ １２ＣｒｌＭｏＶＧ ａｎｄ １５ＣｒＭｏ ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｎｄ ａｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆｔｈｉｃｋ－ｗａｌｌｅｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ａｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ． ＫｅＹ ｗｏｒｄｓ：ｗｅｌｄｉｎｇ；ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ ｓｔｅｅｌ；ｈｅａｔ仃ｅａｔｍｅｎｔ 随着我国工业的快速发展，我国发电机组规模也在迅速 扩大，各种高参数机组正不断投入生产，从而出现了各种复 杂的焊接结构，对钢材的要求也在不断提高，以保障发电设 备的稳定运行。由于火力发电机组的温度一般都比较高，为 了满足设备的需求而使用了由不同化学成分与组织结构组成 部间隙过大，应该要及时修复到规定的尺寸 】。施焊时要主要 接头与收弧的质量，在收弧时要将熔池填满，焊接完成后需 要对焊缝进行渗透检测。焊后的热处理温度一般控制在７５０＊Ｃ 左右，维持３ｈ，然后让其慢慢冷却，温度的变化不能太快， 升温过快或过慢都会影响焊接质量，一般温度的变化最好控 Ｏｈ。 的异种钢，异种钢拥有的良好性能能够满足火力发展机制设 制在１３０。２施焊过程中的注意要点 备的需求，但异种钢在焊接过程中容易出现问题，因此对异 ２．种钢的焊接工艺进行分析具有很重要意义。 在对异种钢进行施焊的过程中，要想控制好焊接的质量， １ １２ＣｒｌＭｏＶＧ、１５ＣｒＭｏ焊接性能分析 １２ＣｒｌＭｏＶＧ在异种钢中属于一种珠光体耐热钢，这种刚 没有含较多的合金元素，具有很好的抗氧化性与热强性，同 时还具有较强的抗硫腐化与抗氢腐蚀能力，１２ＣｒｌＭｏＶＧ的物 理性能与化学性能都比较好，但这种刚在焊接的过程中，近 缝区容易出现硬化而出现冷裂纹，同时在热影响区会出现软 化，最后在热处理中还有再热裂纹的倾向，但如果能对焊接 工艺与热处理温度进行合理的控制，这些问题都能够解决 ］。 １５ＣｒＭｏ属于低合金珠光体耐热钢，这种异种钢中主要以 ＣｒＭｏ与ＣｒＭｏ基多元合金钢为主，这种异种钢同样具由很好 的抗氧化性、热强性、抗硫腐化与抗氢腐蚀能力，在焊接过 程中如果处理不当，也会产生冷裂纹，在热影响区会出现硬 化或软化。 ２异种钢焊接工艺要点分析 在施工工艺中有以下几点一定要控制好。首先在焊接前需要 做好控制好焊接的周边环境，最好在焊接周边设置好防风保 温棚，不要让棚内的温度达到０℃以下。其次需要管口的两 端进行封堵，减缓管道的冷却速度，如果管内有冷空气流动， 会加快管道的冷却速率，进而影响焊接的质量。最后因为 １２ＣｒｌＭｏＶＧ与１５ＣｒＭｏ异种钢具有淬硬倾向，因此在焊接前 最好采用机械方式来进行坡口加工，避免使用火焰切割，同 时为了扩散氢含量降低焊缝，需要将坡口后管道内的各种污 渍全部清理干净。 ３热处理工艺优化研究 厚壁钢管在的直径与壁厚一般都比较大，直径能达到 ６３０ｒａｍ，壁厚也能够达到６０ｒａｍ，并且随着工业生产的实际需 要还在不断增大，由１２ＣｒｌＭｏＶＧ与１５ＣｒＭｏ组成的异种钢中， 由于其中含有合金元素，热处理对其组织结构、热强性等影 ２．１焊接工艺要点 响都比较复杂，并且热处理过程中的各个环节也会相互制约， １２ＣｒｌＭｏＶＧ与１５ＣｒＭｏ异种钢在焊接过程中，因为异种 从而使得热处理工艺变得更加的复杂。钢的组织性能会受奥 钢的焊缝与母材的化学成分、物理性能以及力学性能等都有 氏体化温度与奥氏体化后的冷却速率影响，想要保留异种钢 很大的差别，从而导致了异种钢在焊接过程中要比同种钢要 的原始组织结构，需要在５００～７５０℃后保证冷却速率在２０￣Ｃ／ ｎ，但在实际的生产中往往很难实现口】。通过对异种钢的性 复杂的多，因此在对异种钢进行焊接时必须要根据异种钢的 ｍｉ物理性能与化学性能选择合理工艺。 能研究并结合实际的生产状况发现，如果钢管的壁厚在２０ｍｍ 在焊接过程中，首先要控制预热温度与层间温度，焊接 以下，在正火之后的热处理工艺最好是空冷，如果壁厚达到 温度的控制能够避免在焊接中出现裂纹。如果焊接的接口属 了３０ｒａｍ以上，则可以用水冷家空冷，这样便可以优化热处理 于坡口型，则采用单面双ｖ型坡口，并控制好上下坡口的角 工艺。度，一般下坡口控制在３５。，上坡口控制在１０。，钝边的厚 ４结语 度控制在１．５ｍｍ左右，对口的间隙控制在２ｍｍ左右。在焊 １２ＣｒｌＭｏＶＧ与１５ＣｒＭｏ异种钢虽然成分有差别，但是性 接过程中，一般预热温度控制在２００～３００℃，层间温度控制 能很接近，在进行厚壁钢管焊接的过程中，如果焊接工艺与 在２５０℃～３５０￣Ｃ，需要等到塔体管线坡口经渗透检测达到ＪＢ／ 热处理工艺没有控制好，很容易出现各种焊接缺陷，进而影 Ｔ－４７３０．５．２００５ Ｉ级时才能够合格。如果在焊接过程中出现局 响焊接的质量。通过本文的分析可以了解到，在施焊过程中，不仅要严格控制好焊接时的温度，同时也要控制冷却温度， 收稿日期：２０１７－－０２－２５ 在热处理工艺中也是一样，要想得到更好的焊接质量，必须 作者简介：王昊（１９８９一），男，吉林洮南人，助理工程师，主要研 （下转第１０４页） 究方向为铬钼钢异种钢焊接。 ·８４· 第４３卷第３期 ２０１７年３月 工艺与设备 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ 化工设计通讯 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 阀安全。这类阀门若不带均压小旁通阀，突然打开主阀，大 压差会造成阀门出口侧氧气压力骤升，高速氧气流摩擦升温， 另外，如若氧气压力高，不带均压小旁通阀的手动阀在现场 开关阀门非常困难。若设置均压小旁通阀，先缓慢开启此小 旁通阀均压，出口侧缓慢升压，与进口侧压差减小就避免了 １５０ １．８ １５９ ０Ｃｒ１８Ｎｉ９ ｌｌ４ ｌ ０．４ Ｌｌ２５ 流速过快而导致温升过高。本项目中管径ＤＮ≥１５０ｍｍ的管 ２００ １．８ ２１９ ０Ｃ订８Ｎｉ９ １１４ ｌ ０．４ １．７２ 道均选用配带小旁通阀的阀门。 ３．３．２厚度附加量 ３．６合理选用管道中的法兰垫片 （１）Ｃ１厚度减薄附加量（ｍｍ），取钢管允许厚度负偏差。 氧气管道的法兰垫片密封性要好，忌用可燃物。根据规 根据规定： 范法兰垫片的选择如下表３。 热轧（挤、扩）钢管壁厚＜１５ｍｍ时，普通级允许厚度负 表３氧气管道法兰的垫片 表１管道计算壁厚 偏差（１２．５％） 高级允许厚度负偏差（１２．５％）； 热轧（挤、扩）钢管壁厚≥１５ｒａｍ时，普通级允许厚度负 偏差（１５％） 工作压力ｐ（ＭＰａ） Ｐ≤０．６ Ｏ．６＜ｐ≤３．０ ３．Ｏ＜ｐ≤１０ ｐ＞１０ 垫片 聚四氟乙烯垫片、柔性石墨复合垫片 缠绕式垫片、聚四氟乙烯垫片、柔性石墨复合垫片 缠绕式垫片、退火软化铜垫片、镍及镍合金垫片 退火软化铜垫片、镍及镳合金垫片 高级允许厚度负偏差（１２．５％）； 冷拔（轧）钢管壁厚≤３ｍｍ时， 普通级允许厚度负偏差 （１４％） 高级允许厚度负偏差（１Ｏ％）； 冷拔（轧）钢管壁厚＞３ｍｍ时， 普通级允许厚度负偏差 （１０％ ） 高级允许厚度负偏差（１０％）。 综上所述，考虑到氧气管道用钢管为热轧（挤、扩）钢管， 故厚度负偏差应按照上面规定选择。 （２） 腐蚀附加量（ｍｍ），０Ｃｒ１８Ｎｉ９钢管的腐蚀裕量取 ０ｍｍ。 ３．３．３管道的设计厚度 管道设计壁厚见表２。 表２管道设计壁厚 １．８ １５９ １５９×５ ５ ０Ｃｒｌ８Ｎｉ９ １．２５ ０．６３ ０ １．８８ １，８ ２１９ ２１９×６ ６ ０Ｃｒ１８Ｎｉ９ １．７２ ０．７５ ０ ２．４７ 由计算结果得知，管道 １５９×５， ２１９×６的选择符合 设计要求。 ３．４合理选择管道管件 本项目中的弯头、三通及变径管均宜采用压制对焊成品 件。在施工现场不得开孔和插接。所有成品件管件的内壁均 应平滑，无毛刺及焊瘤，以减少摩擦，防止氧气减压阀站燃 爆事故发生。 ３．５合理选用阀门 氧气管道阀门是氧气管网上的主要控制设备，也是事故 多发点。氧气管道阀门应选用氧气专用阀门，氧气专用阀门 １ ＧＢ１６９１２—２００８，深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程［Ｓ】． 的阀体材质为铜合金或镍基合金，一般为硅黄铜（氧气压力 ［１］低时可选用不锈钢、铸钢或球墨铸铁），阻燃性能好，摩擦、 ［２］ＧＢ ５００３０－２０１２，氧气站设计规范［ｓ］． ３１ ＧＢ／Ｔ ２０８０１．２００６，压力管道规范［Ｓ］． 冲击时不会产生火花。公称压力Ｐ≥１．０ＭＰａ且ＤＮ≥１５０ｍｍ ［的手动氧气阀门宣选用带旁通的阀门，以方便操作，保证开 钢铁厂用氧压力主要在Ｐ≤０．６ＭＰａ、０．６ ＭＰａ＜ｐ≤３．０ＭＰａ 这两个区间范围内。为了减少泄漏，氧气管道不采用法兰连 接而采用焊接的型式，与设备、阀门连接处可采用螺纹或法 兰连接。本项目与设备及阀门连接均采用法兰连接，垫片全 部采用聚四氟乙烯垫片。 ３．７阀门后及管段中合理设置阻火器 作为与氧气减压阀站外分隔的节点，进入氧气减压阀站 的第一道总阀后设置一套阀后阻火器。如果是长距离输氧管 道，每隔４００ｍ左右设置一套管道阻火器，本项目站外至高炉 本体附近的冷风管道约３００ｍ，所以不设置阻火器。 ３．８按规范提出检测要求、压力试验、气密性检查 本工程管道采用气压试验，工作压力１．６ＭＰａ，设计压力 １．８ＭＰａ。依据规范要求，应１００％射线探伤检测，焊缝质量等 级不低于２级。本工程中管道设计压力为１．８ＭＰａ，气压试验 压力为１．１５倍设计压力即２．０７ＭＰａ。强度试验时，缓慢升压， 升至试验压力保压３０ｍｉｎ，以保证有足够时间对管道变形等情 况进行检查。强度试验结束后，压力降至设计压力，进行气 密性试验，保压２４ｈ，计算每小时泄漏率，应符合规范中室外 管道泄漏率不大于０．５％的要求。 ４结束语 ２０１６年３月，伴随着梅山钢铁公司２号高炉开炉，氧气减 压阀站成功投用，一年多来为高炉顺行高产提供了必要保障， 运行状况良好。氧气具有强氧化性、助燃性，且纯度越高，压 力越高，危险性越大，要深刻认识氧气的特性，严格执行国 家的相关标准、规范，切实从设计这一基础环节把好关，从 根本上保证氧气管网的安全稳定顺行。 参考文献 （上接第６２页） 效能最大化，提高化工企业的效率。 参考文献 ［１］１张廷良．浅论化工机械设备安装工程中的质量控制［Ｊ］．科学与财富， ２０１３（７）：１１１． 【２】隋少臣．论化工机械设备安装工程质量控制措施［Ｊ］．科技创新与应 用，２０１３（２８）：９８． （上接第８４页） 要根据钢材的性能与实际焊接条件制定出合理的焊接方法。 参考文献 ［２】潘鸿鹰．异种钢焊接技术的探讨［Ｊ］．福建电力与电工，２０１１（１）： ７８． ［３杨大元，罗福盛．结构常用异种钢焊接材料选择及工程应用【３］Ｊ】．钢 ［１】高海水．１５ＣｒＭｏＲ与８００Ｈ异种钢焊接问题的探讨［Ｊ］．中国锅炉压 铁技术，２０１３（４）：９９．１０１． 力容器安全，２０１２（２）：１５５．１５６． ·１０４·