石化裝置用sa335p91厚壁爐管焊接工藝研究

1、石化裝 置用 S A 3 3 5 P 9 1 厚壁爐管焊接工藝研究 中國石 化集 團茂 名石化 機 械廠 黃 嗣 羅 余 松 摘 要： _ 分析 了 S A 3 3 5 P 9 1 厚壁爐管焊接的冷裂敏感性． 研 究 了焊接 線能量和層 間溫度對 P 9 1 鋼的焊接 接 頭沖 擊韌 性 的影響 ， 并規(guī) 定 了手 工氬 弧焊 的焊接 線 能量上 、 下 限值和 合理 的層 間溫度 。關(guān)鍵詞： 石化裝置 ； 1 ： 9 1 鋼 管； 焊

2、接工藝； 沖擊韌性 中圖分類 號： T G 4 5 76T G 4 4 文葡標識碼 ： B 文章編號 ： 1 0 0 l 一 4 { } 3 7 ( 加眥) 0 2 — 0 0 4 2 —0 4W e l d i ngPm O e d u r eRe s e a r c h0 fS A3 3 5P 9 1T h i c k—W a l lF u r n a c eP i p e si nPe t r o c h e mi c a lP

3、l a n t sMa o mi n gP e t r o c h e m i c a lMa c h i n e ~ “ P l a n tHUANG S i h l oYU S o n gA b s t r a c t ： I nt h i sa r t i c l e ， c o l dc r a c k i n gs e n s i t i v i t yw a si n v e s t i g a t e do fw e

4、l d e dP 9 1t h i c k—w a l lf u r n a c ep i p e s ．I m p a c tt o u g h T 1 e s sw a sd i r e c t l ya n ds i g n i t i c a n d ys u b j e c tt ow e l d i n gh e a ti n p u ta n di n t e r p a ． , ~t e m p e r t u r e

5、．We l dt o l l g h n e s s ， e s p e c i a l l yl o tf u s e da n dh e a t —a f e c t e dz o l l e ． si sw e a k e di nc a s eo fi n c r e a s i n go fh e a ti n p u ta n di n t e r -p a s st e mp e r a l u r eK e yw o r

6、 d s ： p e t r o c h e m i c a lp J a n t s ； P 9 1s t e e l ； w e l dt e c h n i c s ； i m p a c tt o u g h n e s sP 9 1 是一種鉻鉬類型 馬氏體 耐熱鋼 ， 具有 良好 的高溫強度 、 撓高溫氧化性和耐硫化氫腐蝕性能 ． 在 石化裝置 l ： 的使用溫度可達 5 0 0～ 6 0 W C， 有時應(yīng)用 到 6 0 0

7、～7 0 0 ℃ ，已 逐 步 取 代 T P 3 0 4 不 銹 鋼 及 1 2 C r M o V等鋼管材 ， 用于 乙烯裂解對流段 等裝置 上，它與其它鐵索體耐熱鋼焊接時不存在異種鋼焊接 的種種弊病 ， 與傳統(tǒng) C r —M o 鋼相 比， 通過 比較在 同樣 的工作條件下( 工作溫度 、 壓力和 設(shè)計壽命 ) ， P 9 1 和 P 2 2 、 X 2 2等 同類型 的 C r —M o 鋼 相 比 ， 它所 需 的設(shè) 計壁厚是

8、最小 的， 因此 ， P 91 鋼具有極 大的優(yōu)越性 ，可以用來減少結(jié)構(gòu)的設(shè)計厚度 ， 降低 結(jié)構(gòu) 的整體重 量 和材 料成 本 國內(nèi) i ： ' 9 1 鋼在石化裝置上應(yīng)用較 少 ， 為了保證 焊接接 頭質(zhì)量和運行 的可靠性 ， 合理地確定焊接線 能量、 預(yù)熱溫度及層間溫度， 作者進行 了這方面的研 究 ， 并將研究結(jié) 果應(yīng)用于乙烯 裂解裝置對流段的制 造 中， 取得 了 良好的效 果。· 4 21 試驗 材料及 條

9、 件 材 料 取 自 日本 生 產(chǎn) 的 0 8 8 ． 9×1 1 ． 3 n m a 的 S A 3 3 5 P 9 1 鋼管， 其化學成分和力學性能如表 1 、 表 2所示 。表 1P 9 1 鋼的化學成分 元cIM ns islPc rN i №N bVN舍00 ． 4 5 0 ． 3 6 ； 0o 0 4 l 0 ． 0 1 ( ~ 8 ． s g l o ． 1 51 ． O lO0 802 l0 ． 0 4 5表

10、 2P 9 1 鋼的力學性能 o “ b占AK V ( +加 ℃ )H V 1 0MP a脅％ 標準 ／ >4 1 55 8 5 ～8 7 0≥加 ≥4 l— —復(fù)檢 6 1 27 5 62 98 71 9 82 抗裂試 驗 試驗用 1 ： 9 1 鋼管壁厚 l 1 ． 3 n m l ， 斜 Y形坡 口焊接 裂紋試驗按 日本 J I S 一 2 3 1 5 8 標 準進行， 用手工氬孤 維普資訊 http://www.cqv

11、ip.com 石化裝置用 S A 3 3 5 P g l 厚 壁爐管焊接 工藝研究 V 0 l 1 9 ． N2 0 0 2是粗大的顆粒狀 M 2 3， 不是通常所說的片狀磣碳 體 F e 3 C [， 它們在 晶界 或晶 內(nèi)析 出或聚集 ， 而且不 均勻 ， 加劇了該區(qū)域沖擊韌性的下降。所 以， 綜合考 慮 ， 手工氬弧焊的焊接線能量上、 下限值也應(yīng)該選下 線 l 2l 5 k J ／ C l l f l 為好 ， 滿足下 限值則

12、不出現(xiàn)冷裂紋 ( 配合預(yù)熱措施) ， 滿足上限值則保證較好的韌性 。層 何溫 廈 ‘ ℃ )( b ) 熱影 響序號表示 溫度： 1 加 ， 20 ' E， 3 一 ∞ ， 4 — 3 o， 5 一 帥 匿 2 焊縫 區(qū) 、 熱影響區(qū)夏 比沖擊功 與層聞溫 度的 關(guān)系和關(guān)聯(lián)分 析結(jié)果 層間溫度對焊接接頭韌性的影響基本上和焊接 線能量的影響相似。不 同 的是 ， 層間溫度在 2 5 0 ~ C以下時 ， 沖擊功隨層 間溫度的升高而

13、略有增加或變 化不大 ， 之后則隨著層 間溫度的升高而降低 ， 這是因 為適 當?shù)膶娱g溫度就 相 當于焊接 的預(yù)熱溫度 ， 使焊 縫在冷卻過程 中避免 產(chǎn)生硬脆 而使韌性下降 ， 另外 可保證 每一道焊縫 基本上都轉(zhuǎn)變 為馬 氏體組織， 在 下一道焊縫的熱循環(huán)作用下得到部分回火。但是層 間溫度的提高本身就是增加 了焊接熱量 的輸入， 降 · 4 4 ·低 了焊接冷卻速度 ， 其效果和增加焊接線能量基本 ( 8 ) E

14、= 1 C , k ] ／ ~ 時焊縫組織 ． 5 0 0 x) E=1 0 k ． t ／ ~ 時熔臺區(qū)組織 5 0 0x( c ) E=l q t k ． Vc m 時熱 影 響 區(qū)組 織 ， ∞ 圖 3上是相同的， 所以， 過高的層間溫度和焊接線能量共 同作用會加劇接頭組織 的長大粗 化、 碳化 物的析出和球化 ， 使韌性 降低 J 。而且使后繼焊道 由于前面 焊道已經(jīng)成 為粗 大的馬 氏體組 織相 當于“ 正 火” 循 環(huán)，

15、 卻不能獲得“ 正火 ” 的效果 ， 晶粒不能細化， 甚至 可能進一步長大 ， 惡化接頭性能。所 以， 層問溫度不 能過高 ， 從 P 9 1 鋼的 C C T連續(xù) 冷卻轉(zhuǎn)變曲線L 5J 可以 知道 ， 為了有利于馬氏體組織的轉(zhuǎn)變 ， 最高層問溫度 不應(yīng)高過馬氏體轉(zhuǎn)變 的開始溫 度， 目的是要使焊縫 獲得全馬氏體組 織。結(jié)合 圖 3 的結(jié)果來綜合考慮 ，層間溫度選擇 2 5 0 ~ C 左右較為合適。5 焊接工藝評定 采用 T I G焊