焊接钢管范文

导语：如何才能写好一篇焊接钢管，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1、镀锌钢管是可以焊接的。

2、但是要注意的是，镀锌钢管焊接之后，要把焊接后的镀锌层进行打磨平整，如否，会影响到镀锌钢管的质量，还容易引起镀锌钢管起泡和氧化。

3、常用的镀锌钢管一般用在煤气暖气这种铁管上面，镀锌钢管还可以作为水管，但是使用几年后，管内会产生大量的锈垢，其实，大家不提倡用镀锌钢管作为水管，因为镀锌管不太适合长期处在一个潮湿的环境下，这样子容易生锈腐蚀。

镀锌钢管容易生锈腐蚀，尤其是安装在有水的地方会造成很多的细菌，严重的时候还可能危害到人体的身体健康。

（来源：文章屋网 ）

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1.1 深水用管线钢的概况与发展趋势

海底管道在国外发展很快，自1954年美国在墨西哥湾覆设世界第一条海底管道以来，北海、黑海、地中海、巴西等海洋油气田被相继发现和开发，全世界海底管道工程得到蓬勃发展。目前世界最长的海底管道是挪威至英国的朗格勒得北海管道，总长度1 200 km，管径1 016 mm，壁厚34.1 mm，材质X70，最大工作压力25 MPa，最大水深1 000 m。目前世界最深海底管道是美国墨西哥湾东部湾的独立管道，水深为2 454 m，其管径为610 mm，壁厚34.3 mm，材质X65，最大工作压力25 MPa。目前世界深水管道的典型水深为2 500 m，正面临3 000 m及以上深度的挑战。

中国拥有300万平方千米的海洋面积，油气资源储量丰富，仅南海海域探明的油气储量达到220亿桶当量，是墨西哥湾的两倍。政府开始加大海洋油气资源的开发力度，在“十二五”发展纲要中，明确提出要重点扶持海洋装备制造产业，并出台了一系列扶持政策。与此相适应的南海荔湾3-1项目已于2009年启动，预计2014年竣工投产，总投资规模100亿美元。该气田水深为1 410 m（最深），海底管道分深水和浅水两段，钢管均已完成供货任务，其中浅水段265 km由珠江钢管有限公司和国内其他两家管厂共同完成供货，而深水段150 km由珠江钢管公司独家完成供货，这也是国内制管企业第一次提供1 500 m深海用海底管线。深海段管径为559 mm，壁厚22～27 mm（弯管用母管壁厚31.8 mm），材质X65，最大工作压力29.4 MPa，年运行时间350天，使用年限50年。

1.2 深海管线钢管的特点

海底管道与陆地管道有很大差异，海底管道除了考虑管道正常运行中承受的工作载荷外，还需考虑管道铺设过程中承受的拉伸屈曲应力和铺设完成后的残余应力，以及运行过程中环境载荷对管道的影响，如外水压力、风、海浪、暗流、地震等对管道造成的平移和振动。为满足应变设计需求，使钢管获得最大的临界应变屈曲能力，要求钢管具有足够小的D/t（即径厚比），因此小直径和大壁厚是深海管线钢管的主要特点。海水深度与管径的关系如表1所示。由表1可以看出，随水深的增加，要求的径厚比减小。

为适应海底管道的安装要求和服役条件，海底管线在成分设计和性能方面要求更为严格。主要特点有：①具有高的形变强化指数和均匀延伸率；②低的屈强比；③优良的纵向拉伸性能；④低的铸坯中心偏析，良好的厚度方向性能，低的断口分离和层状撕裂的几率；⑤优异的夏比冲击、落锤撕裂和CTOD性能；⑥优异的 焊接性；⑦严格的尺寸偏差和精度控制。为保证钢管具有上述性能，其化学成分设计特点是：低的碳含量、低的碳当量、低的硫磷含量，其轧制工艺为TMCP。荔湾3-1项目国产钢板的典型化学成分如表2所示，力学性能如表3所示。

从化学成分和力学性能结果看，国产钢板钢质纯净，性能优良，断裂韧性优异，完全可满足深海管线的使用性能。

1.3 深海X65钢管的焊接材料及其焊接

深海管线在前期的试制过程中，采用国内现有的焊接材料有针对性地进行了大量的焊接X65厚壁板的试验研究，结果不能令人满意。表现在：①焊缝中心熔合线的夏比冲击吸收能量偏低，甚至不能够满足标准要求，更不能满足应大于标准规定的二倍的内控标准；②现有焊接材料强度偏低，焊接接头的横向拉伸试验断在焊缝的情况时有发生，不符合标准的要求。因此有必要开发一种性能更高、更稳定的新型焊丝，绝对保证焊缝接头具有足够的低温冲击韧性和断裂韧性以及足够的焊缝抗拉强度，为此珠江钢管与猴王焊材进行了共同开发，并取得成功。

南海荔湾深海钢管的焊接要求如下：

（1）焊接接头的低温韧性：试验温度为-20 ℃，试样尺寸为10 mm×10 mm×55 mm时，焊缝中心、FL，FL+2，FL+5的单个最小值≥38 J，平均值≥45 J。内控标准加倍，即：最小值≥80 J，平均值≥90 J。

（2）焊缝的低温断裂韧性：试验温度为-10 ℃时，CTOD值≥0.2 mm。

（3）焊接接头横向抗拉强度：Rm ≥535 MPa，且不允许断在焊缝中心，即要求焊缝的抗拉强度必须大于母材的抗拉强度。从前面数据看出，X65母材的抗拉强度一般在600～620 MPa，为保证接头断于母材，焊材熔敷金属的抗拉强度应在630～660 MPa之间（即匹配系数为1.05～1.10为佳）。

1.3.1 焊丝成分设计思路

目前在制管行业主要使用二种合金化思路的高强高韧性焊丝，效果都比较好，已应用了10多年。一种是以H08C为代表的Mn-Mo-Ti-B合金化方式，另一种则是以H08D为代表的Mn-Ni-Ti-B合金化方式，这二种焊丝各有千秋，就熔敷金属性能而言，H08C的强度更强，H08D的韧性则更高。新型焊丝成分设计立足于二者的优点，将采用Mn-Mo-Ni-Ti-B的新合金成分体系，适当提高Mn，Mo含量以提高抗拉强度，添加适量Ni元素以提高焊缝韧性，降低P，S含量，以稳定焊缝力学性能和改善焊缝的抗裂性能。其合金化元素作用如下：

（1）C：C含量对焊缝的强韧塑性及其组织均有较大的影响，不宜过高或过低。C含量过高，将会使焊缝的韧性和塑性迅速下降，甚至引起焊缝开裂，C含量过低，将影响焊缝强度，一般含量在0.04%～0.10%。

（2）Si：加入一定的Si可以使焊缝金属镇静，加快熔池金属的脱氧过程，保证焊缝的致密性，同时也可提高焊缝的强度。但过量的Si含量，容易形成硅酸盐夹杂，还易出现硅裂。

（3）Mn：焊缝强韧化的有效元素。Mn可以细化晶粒，提高焊缝的低温冲击韧性，并有脱氧脱硫作用；另由于降碳会引起强度下降，所以加入Mn的同时会弥补所失去的强度。

（4）Mo： 焊缝中含有一定量的Mo元素有利于提高焊缝中针状铁素体的含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝的强韧性。

（5）Ni：有助于提高焊缝金属的韧性，降低韧脆转变温度。此外，Ni还能有效地阻止Cu的热脆性引起的网裂，并能有显著提高钢和焊缝的耐腐蚀性能。

（6）Ti：焊接时Ti可与N和O结合形成TiN或TiO质点作为晶核，在焊接加热过程中阻止奥氏体晶粒的长大而细化焊缝奥氏体晶粒，同时又可在焊接冷却过程中作为相变核心，形成晶内形核的针状铁素体，使焊缝的韧性提高。但若Ti过量，形成大量的TiC和TiN质点，将使韧性降低。

（7）B：加入微量的B，可明显降低奥氏体晶界的界面能，抑制铁素体从奥氏体晶界上形核，避免不利的魏氏铁素体或网状先共析铁素体形成，因而可使焊缝最大限度地获得韧性较高的晶内针状铁素体组织，提高焊缝的韧性。

（8）S，P：焊缝中的主要有害元素，显著降低焊缝金属的低温冲击韧性和塑性，这也是焊缝性能波动的重要原因。为了消除S对焊缝的热脆和P对焊缝冷脆作用，焊丝钢冶炼时应尽量降低S，P的含量，焊缝中S的含量应低于0.003%，P的含量应低于0.012%。

1.3.2 焊缝熔敷金属性能

熔敷金属试验按GB/T12470—2003标准进行，焊丝牌号为MK65HGX-III，匹配的焊剂为SJ102G的氟碱性焊剂。检验结果见表4和表5。熔敷金属性能满足预期要求。

1.3.3 对接试板焊缝性能对比试验

对接采用4丝焊，第1组4根丝全部为新型焊丝，第2组前2根为新型焊丝，后2根为H08DG焊丝。对接试板均为SMYS 450F/X65深海用钢板，壁厚27 mm。试板对接性能结果如表6所示。第1组结果要优于第2组，但二组试验结果均合格，且均有加大的富余。第2组的成本优势明显，故正式生产拟选用第2组匹配。

1.3.4 埋弧焊焊丝MK65HGX-Ⅲ的应用

以埋弧焊焊丝MK65HGX-Ⅲ为主和SJ102G焊剂匹配焊接了南海荔湾项目浅海段的钢管6.5万吨。其材质为X65（武钢），管径为φ762 mm，壁厚度为28.6和30.2 mm。

以同样的焊接材料匹配焊接了南海荔湾项目深海段钢管5万吨，其材质为SMYS 450F（POSCO和南钢），管径为φ558.8 mm，管壁厚度分别为31，29，27，26，25.4，24和22.2 mm，深海段弯管250 t，其材质为SMYS 450F（南钢），管径为φ566 mm，壁厚为30.5 mm。

以上所有规格的焊接接头实物质量的低温冲击韧性均大于标准规定的二倍以上。焊缝中心的CTOD值，浅海段和深海段先后进行了15次试验，焊缝实物质量的CTOD值均满足了标准的要求，而且富余量较大。焊接接头的横向拉伸试验全部都断在母材上，试验证明埋弧焊的焊接接头具有高强度、高韧性和高塑性的性能。图1为部分钢管焊缝性能数据分布图。表7为钢管焊缝CTOD试验结果。

2 关于焊接材料标准的二点建议

2.1 关于S，P含量的问题

通过近10年的发展，中国的冶金和轧钢技术有了长足的进步，国内重点钢厂企业建立了现代化炼钢流程和现代化TMCP轧钢工艺。铁水几乎100%实现了预处理，80%实施了炉外精炼工艺，极大地提高了钢材的纯净度，匹配现代TMCP轧制工艺，实现了当代板材高强度、高韧性和良好焊接性的统一。例如：现在普通的热轧板杂质含量可控制S≤0.010%，P≤0.020%；普通低合金高强板可控制S≤0.005%，P≤0.015%；X80，X90管线钢S≤0.001 5%，P≤0.010%；抗HIC钢板S≤0.001%，P≤0.008%。然而现在的焊缝性能已经明显落后于钢板性能，焊缝性能不稳定，波动大，其主要原因之一，就是焊接材料中S，P偏高，焊接材料实物质量虽然可满足现行焊接材料标准的最低要求，但已难满足用户实际生产需要。现行的焊丝标准S，P大都≤0.030%或≤0.035%，而焊剂更离谱，S≤0.06%，P≤0.08%，作为焊接材料使用单位完全无法接受。建议新修订标准时应进行适当修正，以满足和规范国内焊接材料市场。

2.2 关于ASME牌号焊接材料的问题

现行焊接材料国家标准和国际标准接轨力度较弱，基本在国内采购不到完全符合ASME标准的国产焊丝，低合金钢焊丝表现尤为明显，总是有个别元素对不上，致使公司接国外订单时麻烦重重，评定工作量加多不少，因此建议在修订标准时适当加以考虑。

3 结束语

（1）南海1 500 m深海管线的开发成功，开创了中国制造的SAWL焊管适用于深海管线的先河，这是国内企业向深海进军的里程碑。

（2）开发高端产品，需要走联合开发的路子，例如企业与企业联合、企业与研究院（所）联合。深海管线项目的成功开发，就是一个很好的范例。

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关键词 焊接工艺；无损检测；压力试验

中图分类号 TG4 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0212-01

今年我公司承接了40多台天然气压缩机组。天然气压缩机组主要包括压缩主机、缓冲罐、分离器和空冷器等设备。其中容器之间采用管子连接，管子材质为20钢，管子直径在φ=89~168 mm范围内，工作介质为天然气，工作压力3.4 Mpa。因此，对20钢管对接的焊接工艺性能进行研究，对保证生产质量有着重大的意义。

1 20钢管子焊接性分析

20钢管为输送流体用无缝钢管，制造标准GB/T8163，其化学成份（%）：C含量0.20%，Si含量0.24%，Mn含量0.53%，P含量0.019%，S含量0.014%，Cr含量0.01%，Cu含量0.11%，Ni含量0.01%，力学性能供货状态σs /MPa热轧285，σb /MPa热轧440，δ5（%）热轧31。由于20钢含碳W（c）%＜0.25，其他合金元素的含量也较低，故焊接性能优良。在不采用特殊的工艺措施进行焊接，焊接接头中也不会出现淬硬组织或冷

裂纹。

2 焊接工艺

2.1 焊接方法的选择

在管子的对接焊中，对打底层焊缝的质量要求较高，不仅要求焊缝背面要熔透、齐平，还要求焊缝背面的熔渣冲刷干净，否则会危及整个机组的安全运行。由于管子的直径较小，里面无法施焊，打底焊必须采用单面焊双面成型的焊接方法，因此采用了钨级气体保护焊（GTAW）打底，焊条电弧焊（SMAW）填充和盖面相结合的焊接工艺方法。

2.2 焊接材料的选择

2.2.1 GTAW焊丝的选择

对于GTAW焊丝的选择，根据相关标准要求，用于制造受压元件的焊接材料。应保证焊缝的力学性能等于或高于母材规定的限制。参考文献，20钢的GTAW焊，其相应的国产焊丝牌号可选用TIG50-6（ER50-6）。

2.2.2 SMAW 焊条选择

填充层及盖面层采用SMAW时，也应保证焊缝的力学性能等于或高于母材规定的限制。由于管子焊缝质量要求较高，选择低氢型焊条。根据文献推荐，我们选择的焊条牌号J427（E4315）。

J427焊条在使用前，经350℃烘干，保温1 h，烘干后放入保温桶内，随去随用，且焊条烘干次数不超过两次。

2.3 焊接工艺参数的选择

小直径管子焊接时，一般采用短弧焊接，且热输入量不宜过大。若采用长弧焊接，不仅会出现电弧燃烧不稳定，热量分散、熔深浅，熔化金属飞溅大极合金元素烧损加剧等问题，且容易产生咬边、为焊透等缺陷，同时空气中的氮、氧等有害气体容易进入熔池，使焊缝生成气孔的可能性增加。焊接参数见表1。

考虑到焊接位置时，焊条电弧焊立焊和横焊时，焊接电流一般比平焊低10%~15%，仰焊的焊接电流比平焊低15%~20%。

2.4 焊前准备

2.4.1 预制坡口

参考GB/T985.1，结合工厂的实际情况，当管子直径在φ=89~159 mm且壁厚在大于6 mm时，坡口角为60°±5°，间隙 1±1 mm，钝边1±0.5 mm，坡口设计示意图，见图1。

图1 坡口设计示意图

2.4.2 坡口的清理

焊前要清理坡口表面及两侧20mm内的水分、油污、铁锈等污物，并露出金属光泽。

2.4.3 施焊

1）焊接环境出现下列任何一情况时，应采取保护措施，否则禁止施焊。①风速：气体保护焊大于2 m/s；焊条电弧焊大于10 m/s；②相对湿度大于90%；③雨雪环境；④管子温度低于-20℃。

2）当管道温度为-20℃~0℃时，应在始焊处100 mm范围内预热到15℃以上。管子焊接时，采用多层焊，在整个焊接过程中，层间温度要低于250℃且不低于预热温度。

3 无损检测

管道焊接完毕后，需对其焊缝进行无损检测，结合工厂实际情况，我们选择的无损检测方法为X射线检测。按照JB/T4730.2标准，100%射线检测，Ⅱ级合格。

4 压力试验

管子经无损检测合格后，对管子焊缝进行耐压测试，耐压测试采用的水压测试，试验压力为5.0 Mpa。试压采用两个量程相等的且经过校核的压力表，压力变的量程在0~10 Mpa，精度为1.0，保压30 min后，管子焊缝无漏渗，无变形，无异常的响声，试压合格。

5 结论

在以后的生产证明，采用钨级气体保护焊（GTAW）打底，焊条电弧焊（SMAW）填充和盖面相结合的焊接方法，按照设计的焊接工艺参数焊接20钢，其焊接接头各项性能能满足标准要求。

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关键词：不锈钢；管道；焊接；焊缝；变形控制

靖边气田第四天然气净化厂位于陕西省延安市志丹县杏河镇，设计年处理天然气30亿立方米，主要负责接收南五、南六干线来气，原料气经来气分离、计量后进入脱硫脱碳装置，采用MDEA/DEA混合溶液脱除几乎所有的H2S和部分CO2，从脱硫脱碳装置出来的湿净化气送至脱水装置采用TEG（三甘醇）脱水工艺进行脱水处理，脱水后的净化商品气通过计量外输至定西线和周边用户。第一施工项目部主要承担全厂工艺及热力管网系统的施工。本系统主要承担靖边气田第四天然气净化厂原料气、净化气、放空气、酸气、仪表风、压缩空气、氮气、采暖水、导热油、生产污水、甲醇污水、蒸汽、凝结水等13种介质。其中酸气管线采用不锈钢管材，规格最大的为Ф610×7，材质为022Cr19Ni10，焊口采用100%射线检测。

文章通过第四净化厂不锈钢管线焊接实际情况，发现不锈钢管道施工过程中，很大一部分管段对口焊接后变形较大，尤其是大口径管线。

1 不锈钢管道焊接变形原因

不锈钢管道焊接变形有两方面原因：（1）不锈钢的热膨胀系数较大（奥氏体不锈钢的热膨胀系数比碳钢约大50倍），导热慢，容易产生较大的内应力，一旦内应力控制不当，易产生变形；（2）在实际焊接中，由于不锈钢熔池流体粘性大，焊接困难，施焊时往往需增大焊接电流，这样线能量增加易产生焊接变形。此外，点焊、水平固定焊的长度和数量不够，施焊的顺序不当等也易引起变形。

由于第四净化厂工期紧、任务重、天气恶劣，为确保施工进度和质量，必须解决不锈钢焊接变形这一难题，否则，将会造成大量的不必要的返工。

2 焊接变形控制措施

不锈钢管道焊接主要工作流程如下：坡口打磨一组对一固定一焊口自检一监理检查一焊口点焊一焊口满焊一外观检查一无损检测。由焊接工艺流程可知，焊前和焊接过程中的工艺控制是整个控制焊接变形的关键，而焊后的变形矫正作用十分有限。因此，文章将着重从焊前和焊接过程两方面讨论控制焊接变形。

2.1 严格控制厚度偏差，对DN150mm以下的管口采取用角向磨光机手动磨光的方法，对DN150mm～DN300mm的管道采取机械加工坡口的方法；制作专用夹具、管卡，对DN150mm以下管道安装管卡对口（图1）

2.2 对DN150mm以上、DN300mm以下管道采用专用对口夹具，将搁置管道的马凳固定或连成一个整体。采用夹具组对定位时，夹具不宜焊接在管道上。焊口若需热处理，卡具的拆除应在热处理试验之前进行，热处理之后不得在母材上焊接任何附件。当去除临时点固物时，不应损伤母材，并将其残留物焊疤清除干净（图2）。

2.3 坡口形式及装配

坡口形式采用V形坡口，由于采用了较小的焊接电流，熔深小，因而坡口的钝边比碳钢小。根据《石油化工铬镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程》（SH/T3523-1999），钝边p=0.5～1.5mm，而坡口角度比碳钢大，为α=70°～80°，其形式见图3。

2.4 对口前，实测管道坡口壁厚，如有偏差，则厚薄交叉搭配，对称错开，尽量减少由于壁厚偏置引起的变形。管道沿圆周方向的坡口角度大小应均匀，尽量减小对口间隙，通常对口间隙1～2mm，以减少填充金属。在试件圆周如钟表的1点和11点位置进行点焊，电焊点数多于碳钢对口时的点焊点数，点焊长度不小于10mm，厚度不小于3mm。如同样是DN600的管线，碳钢材质的管线组对时一般电焊4～6点，而不锈钢材质的管线组对时则需要电焊10～12点。详见图4。

因不锈钢热膨胀系数较大，焊接时产生较大的焊接应力，要求采用严格的定位焊。对于d≤+89mm的管采用两点定位，d：+89～+219mm采用三点定位，d≥219mm的采用四点定位；定位焊缝长度6～8mm。

2.5 正式施焊时，应把管道分成4个1/4圆周，对称施焊；对于d≥219mm的管道，宜对称焊，两名焊工施焊时的焊接速度应基本一致，焊接顺序见（图5）。

此外，反变形法也是一种实用的工艺，详见图6。焊接时必须严格按照工艺卡上的焊接电流和焊接速度进行，以确保小的线能量。不锈钢管道焊接时，焊缝的层间温度必须严格控制在100℃以内。

打底焊时焊缝厚度应尽量薄，与根部熔合良好，收弧时要成缓坡形，如有收弧缩孔，应用磨光机磨掉。必须在坡口内引弧熄弧，熄弧时应填满弧坑，防止弧坑裂纹。

2.6 在现场施工中如果发生管道变形超标，需进行矫正，当矫正不能使管道安装尺寸达到质量验收标准要求时，进行割口处理，割口执行相关规定。

3 质量检验

焊缝质量检验依据施工图纸要求和相关规范标准进行，焊接材料及焊接工艺依据相应的焊接工艺卡进行，管道焊缝根据图纸要求进行；在管件、管道附件、管线设备安装时，应做好安装记录；管道装配件的线尺寸偏差不超过±3mm/m，在装配件的全长上不大于±10mm；角尺寸偏差和中心线偏差不超过±2.5mm/m，但在后面连接的整个直管段上的偏差不大于±10mm。

4 结束语

总之，通过采取这些措施，较好地保证了不锈钢管线的施工质量，加快施工进度，大大缩短施工周期。

参考文献

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关键词：石油化工；铬钼钢；管道焊接；质量控制

铬钼钢材料具有良好的性质，在石油化工的管道施工中应用广泛，但是近些年来，在石油化工的建设发展中，出现了很多的铬钼钢管道焊接质量问题，大多都是由于焊接裂纹导致开裂，在铬钼钢管道焊接过程中没有做好质量的控制与管理，从而导致在石油化工中出现铬钼钢管道焊接质量缺陷。本文就针对石油化工中铬钼钢管道焊接的质量缺陷进行产生条件以及原因的剖析，从而加强对过程的质量控制，找到质量控制的措施，提高石油化工铬钼钢管道焊接的质量。

1石油化工铬钼钢管道焊接施工中常出现的裂纹质量缺陷与控制分析

在石油化工铬钼钢管道焊接施工中，常见的质量缺陷就是裂纹的产生，在冷裂纹中最常见的就是延迟裂纹，一般都是由于在铬钼钢管道焊接后会冷却降温到最低温度，经过一段时间的反应，会出现一些延迟的冷裂纹，随着时间的增加会不断的扩大增多。导致铬钼钢管道焊接出现延迟裂纹的条件有三个，分别是铬钼钢管道焊接接头受到的约束应力的作用，铬钼钢管道焊接接头所含扩散氢的数量，铬钼钢材质的淬硬程度，这是造成石油化工铬钼钢管道焊接出现延迟裂纹的三个产生条件。

1．1铬钼钢管道焊接接头约束应力的形成以及控制的途径

铬钼钢管道焊接接头的约束应力主要是由在石油化工焊接过程中的三种应力的共同作用产生的，主要包括：在进行铬钼钢管道焊接前的不合适预热，以及焊接过程中的不均匀加热导致在焊接冷却时产生的热应力;在铬钼钢管道焊接过程中会产生热循环过程，从而由于相变而产生的组织应力;受到铬钼钢管道焊接自身结构的约束作用所产生的应力。在铬钼钢管道焊接的过程中，不可避免的会产生拘束应力，在实际的焊接过程中，不能消除，只能针对拘束应力产生的条件进行过程的控制，从而降低铬钼钢管道焊接的应力大小，比如，在进行管道焊接前，要进行合适的提前预热，在焊接的过程中，注意焊接的顺序与流程，从而降低铬钼钢焊接结构的拘束力，也可以在焊接后进行热处理，从而降低焊接的组织应力。

1．2铬钼钢管道焊接接头所含扩散氢的来源及控制途径

在铬钼钢管道焊接的过程中，焊接接头处会产生扩散氢，主要是由于铬钼钢焊接材料中含有的水分，焊接表面存在一些污垢等，还有焊接施工现场的环境潮湿度，这些都是焊接接头扩散氢的来源。想要控制铬钼钢管道焊接接头处的扩散氢，可以采取一些控制的措施，比如，降低焊接钢材的冷却速度，将焊接材料在高温中多停留一段时间，使氢能够大部分的扩散逸出，从而降低氢的产生，降低扩散氢在焊接缝隙中的含量。

1．3铬钼钢材质的淬硬倾向程度发生条件与控制途径

铬钼钢材料硬度较大，具有一定的淬硬倾向，这大多都是由于铬钼钢材料所具备的化学成分与性质，钢种的壁厚，铬钼钢管道焊接的工艺水平以及焊接后的冷却环境条件等造成的。其中铬钼钢材料的化学成分与性质、壁厚等都是不能外力改变的，所以想要避免钢种产生淬硬倾向，可以通过焊接过程中的施工工艺以及焊接后冷却环境条件来控制。

2导致石油化工铬钼钢管道焊接出现裂纹质量问题的原因剖析

石油化工铬钼钢管道焊接之所以会出现延迟裂缝这样的质量缺陷，大多都是由于在焊接的过程中没有做好质量的控制，分析铬钼钢管道焊接出现延迟裂纹的原因，才能够在此基础上进行质量控制，以下就对产生质量缺陷的原因进行详细的分析。

2．1铬钼钢管道焊接相关人员的综合素质

在进行铬钼钢管道焊接前，要对焊接人员以及热处理人员的素质进行审核，因为焊接工作需要专业的技术能力，在进行焊接时，要严格的按照技术规范的要求进行操作，但是在实际的施工过程中，很多焊接施工人员的技术专业素质不过关，就会导致在焊接时出现质量问题。

2．2铬钼钢管道焊接的材料因素

造成焊接裂纹的一个重要原因就是扩散氢含量，在实际的施工过程中，焊接材料没有进行完全烘干处理，导致材料中的含水量比较大，导致焊接时出现扩散氢，严重时就会导致焊接裂纹的出现。因此在处理焊接材料时，要按照规范的要求进行。

2．3铬钼钢焊接前的预热问题

在进行石油化工铬钼钢管道焊接的过程中，必不可少的一个环节就是预热，提前预热可以提高焊接接头处的韧性，防止焊接裂纹的出现。但是在实际的焊接过程中，施工人员在预热时往往没有按照规定要求进行，出现不适当的预热，极大的降低了预热的质量水平，导致焊接质量裂纹的出现。

2．4焊接后的脱氢处理方面的问题

为了防止焊接裂纹的产生，一般情况下，在铬钼钢管道焊接后需要进行热处理，进行脱氢处理，热处理的时间要尽量长一些，以便焊缝里的氢能够最大限度的逸出，从而降低铬钼钢管道焊接接头处的扩散氢，进行热处理还可以降低焊接接头的冷却速度，避免钢种出现淬硬倾向，但是在实际的焊接过程中，施工人员往往不能及时的进行热处理，很容易因为扩散氢含量的增加导致质量裂纹的出现。

2．5焊接后的热处理问题

在铬钼钢管道焊接后进行热处理是必不可少的环节之一，不仅可以降低焊接接头处的材料硬度，还可以提高韧性，改变铬钼钢材的组织结构，消除焊接应力的残余量，提高变形能力，避免出现淬硬倾向，但是在实际的热处理过程中，往往会存在着很多的问题，比如，很多的焊接施工单位在评定焊接工艺时仍然按照原先的标准，使得焊接接头的硬度与标准不符，甚至还存在有一些施工检测单位并没有进行焊接接头的检测，就出具检测报告，使得检测报告严重的失真。其次，在铬钼钢管道焊接后应该立即就进行热处理，但是在实际的焊接工程中，一些施工单位为了利益，往往都是先进行无损的检测，再进行热处理，避免返修后还要再次的热处理，采用这种方法很容易掩盖接头裂纹，使得焊接的质量存在较大的质量与安全隐患。

2．6没有对铬钼钢焊接的缝隙进行全面的质量检测

在铬钼钢管道焊接后，还要进行焊缝的无损检验，铬钼钢管道焊接后很容易出现裂纹等质量缺陷，但都会经历一段时间，所以我们要完成热处理后才能够进行焊缝的无损检测，往往在实际的检测中，检测过早而导致裂纹并没有被发现，在检测后，要搁置一段时间后再次检测，确保焊缝的质量。

3加强铬钼钢管道焊接质量控制的措施分析

针对铬钼钢管道焊接过程中出现的质量问题，以及对这些质量问题产生原因和控制方法的分析，我们可以对石油化工铬钼钢管道焊接的质量控制提出几点建议措施。具体如下：(1)要做好石油化工铬钼钢管道焊接的质量管理，从焊接的施工单位，到过程的质量监理，以及石油建设单位等，都要做好质量体系的管理，要求焊接过程中要有专业的技术人才，从而做好整体焊接过程的质量控制。(2)要审核好每个铬钼钢管道焊接施工所提供的工艺评定的报告，与实际的焊接施工情况进行对比，查看是否符合真实的要求，要严格的遵守规范的标准进行焊接施工现场的控制，进行质量验收时也要严格控制，认真执行标准要求。(3)要对铬钼钢管道焊接的全过程进行工艺流程的控制，特别是那些容易出现质量问题的施工环节，要进行重点的管理与控制，对铬钼钢管道焊接前的预热，焊接过程中的热处理等都要重点选择措施进行控制。在进行铬钼钢管道焊接施工后的无损监测工作时，一般都是由焊接施工单位进行，但是为了保证焊接的质量，在完成后还要对焊接工程进行抽样的质量检验，这样可以最大限度的保证焊接的质量。

4结束语

总之，石油化工铬钼钢管道焊接过程中容易出现的质量问题比较多，需要注意的环节比较复杂，我们要做好焊接全过程的质量控制，提高铬钼钢管道焊接的质量。

参考文献

［1］王玉亮．石油化工管道焊接工艺与质量控制对策探究［J］．科技视界，2015，01(7)：6－11．

［2］锁海滨．张海涛．铬钼钢焊接管理及质量控制［J］．石油工程建设，2013，03(12)：9－15．

［3］曾永德．浅谈铬钼钢及其复合钢板焦炭塔现场组焊施工技术要求［J］．焊接技术，2011，02(5)：13－18．

篇6

关键词 ：06Cr19Ni10不锈钢；20#钢； 焊接

Abstract the:06Cr19Ni10 stainless steel pipe and20# steel pipe welding of dissimilar steel welding, and06Cr19Ni10 stainless steel weld, welding joint easy to have the crack defect. In engineering practice to avoid defects should be the appropriate choice of welding material and welding process.

Key words: 06Cr19Ni10stainless steel; 20# steel; welding

1 前言

在大张坨储气库地面设施适应性改造工程中，将原大于1.6MPa的放空系统出口管线（20#）改为不锈钢材质（06Cr19Ni10）并将原安全阀出口的管线（DN65）更换为DN100管径。本次改造就涉及到20#与06Cr19Ni10的焊接。

06Cr19Ni10就是常见的不锈钢304 的，304是美国牌号， 0Cr18Ni9是我国的旧牌号 。为保证焊接质量，我们在认真分析两种材料的基础上制定了焊接工艺措施 。

2 焊接性能分析

06Cr19Ni10 属于奥氏体不锈钢，焊接时易出现晶间腐蚀、焊接裂纹等。焊缝产生结晶裂纹的原因：① 奥氏体不锈钢成分复杂，会削弱晶间的结合力。②单相奥氏体钢焊缝一次晶特别发达，易促进液态夹层产生。③焊缝及敏化区金属易使晶界附近奥氏体贫铬，引起晶间腐蚀裂纹。而当 06Cr19Ni10 与 20#相焊时，20#中的碳对焊缝中的铬有稀释作用，增加了腐蚀裂纹倾向。

根据GB 50236-1998、JB4730-2005 选用 A302（E309-16）焊条，作焊接工艺评定合格。母材的化学成分、物理性能及焊材的熔敷金属成分如表1--表5所示。

表106Cr19Ni10不锈钢的化学成分表

表2 20#钢的化学成分表

表306Cr19Ni10不锈钢的物理性能表

表420#钢的物理性能表

表5 A302的熔敷金属成分表

3 焊接中的主要问题

由于06Cr19Ni10不锈钢和20#钢化学成分差异很大，要在熔焊的条件下获得可靠的焊接接头存在许多问题 。

3.1热导率和比热容的差异

金属的热导率和比热容强烈地影响着被焊材料的熔化、熔池的形成，以及焊接区温度场和焊缝的凝固结晶 。06Cr19Ni10不锈钢热导率约为20#钢的1/3，这么大的差异可使熔池形成和金属结合不良，导致焊缝性能和成形不良。

3.2 线膨胀系数的差异

由于06Cr19Ni10不锈钢与20#钢的线膨胀系数不同，导致焊接接头出现复杂的高应力状态，进而加速裂纹的产生。

3.306Cr19Ni10不锈钢和20#钢焊接时同样存在焊缝稀释和形成过渡层的问题，将导致焊接接头的焊缝组织成为奥氏体加铁素体 。

4 焊接工艺措施

为获得无裂纹的焊接接头，避免焊接接头熔合线组织与焊缝金属的不一致性，可采取以下措施 ：

4 .1 正确选择焊接材料

06Cr19Ni10不锈钢与20#钢焊接接头的焊缝金属化学成分主要取决于填充金属，焊缝金属的成分应力求接近于其中一种钢的成分，并且采取两名电焊工对称焊接的手工弧焊方法,焊条选用A302（E309-16） ,焊缝金属的 C r 当量为 5 ％ ～6 ％ 。

4 .2 预热温度和层间温度

焊前预热和层间温度的控制对减少裂纹的形成有一定影响。预热温度过高，会导致焊缝的冷却速度变慢，大大地降低接头的冲击韧性。预热温度过低，则无法防止裂纹的形成。06Cr19Ni10不锈钢与20#钢焊接的预热温度和层间温度要控制在 150～300 ％。

4 .3 焊后温度的控制及回火热处理

焊后必须缓慢冷却至100—150 ％ ，保温0.5—1h 。回火温度应控制在700-730％范围内，保温时间在4—5h 。

4 .4 操作工艺

为防止不锈钢焊接一侧晶体粗大，还要采取以下工艺措施 ： ① 选用小 的热输入 ， 小的焊接电流，较快的焊接速度。②采用短弧焊 ，电弧稍偏向碳钢母材侧，使两母材金属受热均匀一致 。③前一层焊缝冷却至200～300％后焊下一道焊缝。④焊后进行缓冷。具体焊接工艺参数选择如表6 。

表 6 焊接工艺参数表

5 结语

对于06Cr19Ni10不锈钢与20#钢的异种钢焊接，采用手工电弧焊，焊条选用A302（E309-16），选择合适的焊前预热温度、焊接电流及速度等焊接工艺参数并进行适当的焊后热处理，就能获得良好的焊接效果，满足焊接结构的使用要求。

本工程由于采用了合理的焊接材料和焊接工艺，焊接接头成形良好，经无损检测一次合格，未见裂纹的产生。

参考文献

[1]崔出，《不锈钢焊接冶金》，钢铁材料及有色金属材料，机械工业出版社.

篇7

【关键词】奥氏体不锈钢 焊接钢管 热处理 磁性 点蚀

因使用介质、工况、工艺条件等原因，国内大多化工和化肥行业中的设备装置及管道常常采用具有较好耐腐蚀性能的非铁性奥氏体不锈钢材料，来加工制造。我公司在24.40工程期间，采购了一批不锈钢焊接钢管，规格为￠219×6，材质均为0Cr18Ni9奥氏体不锈钢。钢管经冷卷制、焊接、热处理等工序加工制造。交货后，我方在对本批钢管检验时，发现钢管表面呈现磁性，而且表面有点蚀现象。我方认为钢管原材料（钢板）化学成分及耐腐蚀性能可能存在问题，材料不合格；然而通过查看对方购买的钢板质量证明文件，对原材料进行复验、对加工制造工艺调查，均未发现问题。最后通过分析，认为钢管呈现磁性及点蚀是由于钢管在冷加工及热处理时引起的，即加工制造过程中奥氏体不锈钢产生形变较大或热处理过程中冷却速度较快而引发组织相变，或是奥氏体不锈钢材料与铁磁性材料接触后产生渗碳引起材料中铁素体增加而造成。

1 磁性相关因素的影响

在不锈钢只有马氏体不锈钢具有强磁性，奥氏体不锈钢在固溶过程中，可能有奥氏体组织转变为部分马氏体，此时奥氏体不锈钢就会产生磁性。通常，奥氏体不锈钢在热处理过程中，冷却速度过快时也比较容易产生马氏体。奥氏体不锈钢材料在其他情况下也可能产生马氏体，如：加工过程中有较大的形变，与碳素钢材料紧密贴合接触时间较长或者与之受压接触。1.1 奥氏体中元素的影响

奥氏体的稳定性由其成分中的各相关化学元素含量决定：

（1）Ni元素能够决定奥氏体不锈钢的稳定性，使钢在问世时保持奥氏体组织，但不能单独使用，只有其与Cr元素配合使用，才能提高奥氏体的抗腐蚀性能；

（2）Cr 铬是决定不锈钢耐酸性能的主要元素，其能与钢中的碳元素形成铬的碳化物，因此奥氏体不锈钢在耐酸腐蚀方面Cr的含量一般不得低于13%；

（3）Mo元素，可以增加不锈钢的钝化作用和耐腐蚀性能，防止点蚀现象的产生；

（4）Ti、Nb都是强碳化合物形成元素，加入奥氏体不锈钢中可以与碳形成稳定的碳化物，以提高奥氏体的抗晶间腐蚀能力。

1.2 热处理、Ni及铁素体含量的影响：1.2.1？Ni含量产生的影响

奥氏体材料，在常温下经过较大形变后，由于组织中的晶粒产生变形，有部分奥氏体转变为马氏体。所以对成型后的奥氏体不锈钢材料，对Ni的最低当量含量进行计算来判断其奥氏体的稳定性，下面就以0Cr18Ni9奥氏体不锈钢为例（见表1所示）：

可用公式：

则Δ=8.3% - 11.4% = -3.1%。即Δ

钢管在焊接成型后，要对其进行热处理，即将钢管加热到1010℃～1150℃，经过保温，使不锈钢钢的组织全部转换为奥氏体组织。此时如若冷却速度大于不锈钢临界冷却速度，将有部分奥氏体组织转变为马氏体组织。

1.2.3？铁素体含量超标的影响：

由铁碳合金状态图可知，碳溶于γ-Fe中形成的固溶体称为奥氏体，碳溶于α-Fe中形成的固溶体称为铁素体。因此奥氏体不锈钢组织在开始凝固时，其组织中可解析出α-Fe晶粒，与周围的其它组织共同作用才可产生γ-Fe晶粒组织。因此α-Fe在向γ-Fe转变的过程中，由于各元素间的相互组合，致使部分碳元素溶于α-Fe中，从而在奥氏体不休钢组织中产生了部分铁素体，甚至在冶炼时由于各种元素的匹配及杂质控制不到位，而导致奥氏体组织中铁素体含量超标。

在我们的使用过程中，至少碰到过3次国产304/321/316钢管和法兰铁素体超标问题。表现为产品对磁铁有吸引现象。

对于300系列奥氏体不锈钢产品，铁素体含量较高时，不仅降低材料的耐腐蚀性能，还会降低材料的韧性。而更可怕的是，当产品用于高温环境时，材料有产生σ等脆性相的危险。材料一旦发生严重的脆性相，可能会带来灾难性后果。铁素体含量过高的问题多数是由热处理不当引起的，也有化学成分控制不当引起的。此类问题的多次发生，实际上反映了某些工厂在工业化生产中质量控制不到位的现状。2 酸性钝化的影响

众所周知不锈钢进行酸洗钝化处理，是为了在不锈钢表面形成一种保护薄膜，来防止或者延缓不锈钢被腐蚀的速度。由于酸洗钝化处理的不好，使得钢管表面明显的呈现不同的颜色，其中一部分呈过渡酸洗状态，就会造成钢管表面出现点蚀现象。就不锈钢的酸洗钝化来说，酸洗液的酸度、温度和钢管浸泡时间的长短都会影响到酸洗结果。因而钢管表面就会发生点蚀现象，为防止产生此种腐蚀现象，钢管生产厂家如可通过型式试验，并最终确定酸洗液的酸度、温度和钢管浸泡时间等参数，并要求工人在操作时严格执行，上述问题就不会发生了。

3 结束语

奥氏体不锈钢焊接钢管由于塑性加工而形成部分马氏体组织，或者由于其化学成分各元素的匹配问题，致使奥氏体不锈钢内部残留铁素体，奥氏体不锈钢材料与铁磁性材料接触后产生渗碳引起材料中铁素体增加而造成，这时钢管表面就会呈现一定的磁性。不锈钢材料在酸性钝化处理过程中，由于酸洗液的酸度、温度和钢管浸泡时间等因素的影响，造成酸性钝化处理不到位，进而造成钢管表面出现点蚀现象。

在我们的使用过程中，不单单只是奥氏体不锈钢焊接钢管呈现磁性及点蚀现象，其它的奥氏体不锈钢板材、法兰、管件等都出现过类似的现象。对于使用环境及非磁性要求较为严格的装置、设备，可通过热处理方法固溶处理，重新细化奥氏体组织晶粒，将残留的部分马氏体组织转变为奥氏体组织。通过提高各元素间的匹配及杂质的控制，来减少或者消除铁素体组织。通过型式试验，确定酸洗液的酸度、温度和钢管浸泡时间等参数，来提高奥氏体不锈钢的抗腐蚀能力。

参考文献

[1] 不锈钢、耐热钢成分含量标准. 中国国家标准化管理委员会，2007

篇8

关键词：斜井段 钢管焊接 气孔

一.工程简况

马鹿塘水电站二期工程位于云南省文山州境内最大的河流盘龙河上，麻栗坡县境内。工程以发电为主要目的,采用混合式开发，工程等级为Ⅱ等大(2)型，最大坝高154米，装机容量300MW，水库总库容5.4565亿m3，具有年调节能力。

压力钢管道采用“三平两斜”布置方案。上平段底坡10%，管径5m，长度约为200m，安装工程量为580.85t，后接空间弯管；上斜段倾角60度，管径5m，长度约162m，安装工程量为525.92t，后接垂直弯管；中平段为平坡，管径5m，末端管径变为4.8m，长度约96m, 安装工程量为218.88t，后接垂直弯管；下斜段倾角48度，管径4.8m，长度为174m，安装工程量为554.57t，后接垂直弯管；下平段管径4.8m，长度约30m，安装工程量为61.81t，后接分岔管。

二、焊接设备及人员

2.1焊接材料

焊接材料是决定焊接质量的主要因素。焊接材料的选择根据16MnR的力学性能、化学成分、接头钢性及钢管的坡口形式和使用要求选取，选取焊条为E5015焊条。

2.2焊接人员

焊接人员除合格的焊工外，配备专门的焊接技术人员，焊接检查员和无损检验员。参加16MnR钢焊接施工人员和施工管理人员均进行技术交底，以了解16MnR钢的焊接特点、控制项目及控制方法。焊工按水利部标准进行培训和考核合格，持操作证书和等级证书的合格焊工上岗。

2.3焊接设备

在马鹿塘水电站工程压力钢管安装工程开工前,项目部组织技术人员对施工现场气候条件进行了分析研究。施工地域盘龙河流域地处低纬度地区，属南亚热带高原季风气候类型，其南面临海洋，西北与云贵高原接壤。受地形及海拔的较大差异和水汽来源等诸多因素的影响，加之工程施工工作面均在地下洞室进行，洞室内全年风速大于10m/s，洞室地下水资源丰富造成洞内湿度过大，相对湿度过大后易造成焊缝表面气孔。

马鹿塘钢管所有焊缝均为全位置焊缝，项目部原设想压力钢管焊接采用CO2气体保护半自动焊，CO2气体保护焊焊接速度快，需要焊工人员少且焊接质量较高，同时对焊工技术要求相应也较高，经多次技术讨论并结合施工现场实际工作环境条件，认为CO2气体保护焊并不能满足该工程质量要求。原因有：（1）风速：CO2气体保护焊对风速的要求较严格，风速等于4~8m/s时，需在焊接部位设置挡风盒或挡风帐篷，当风速大于8m/s时，不能采用CO2气体保护焊。（2）CO2气体：上斜井段、下斜井段均为长距离，CO2气体不便于运至工作面，且CO2气体保护焊对CO2的纯度要求较高，要求纯度须达到99.5%，施工所在地域无可生产高纯度的CO2企业。（3）水分：洞室内的水汽过大，钢管安装后焊缝部位会迅速被水汽浸湿，焊缝上会生成大量的水滴；CO2气体保护焊对焊接位置的水分要求很高，焊接部位有水分或CO2气体的纯度不够也会产生水分，在焊接过程中会在焊缝内部产生气孔，严重的会导致焊接区裂纹。

综合考虑CO2气体保护焊的优缺点后，计划采用手工电弧焊，手工电弧焊的焊接设备选用ZX7―500型IGBT逆变手工弧焊机。该焊机参数稳定、调节灵活和安全可靠，适用于全位置焊接，焊缝成型美观，有完善的保护，适用于各种焊条，易引弧且飞溅小，比传统焊机综合节电40%以上，最终所有钢管安装焊缝均采用手工电弧焊。

三、钢管焊接

3.1预热

通过分析16MnR钢的焊接性，此钢Ceq=0.45%（碳当量）超过0.4%。当管板厚度δ≥32mm时，钢管焊接需要用履带式电加热器进行100―150ºC加热0.5h，在马鹿塘工程中16MnR钢板厚度为δ〈18~22mm〉的钢板，钢管焊接不需要预热。

3.2焊接工艺

钢管对口前，修整坡口及清理坡口两侧各50mm范围内的氧化皮、铁锈、油污、水迹及其它杂物。定位焊一般焊在后焊侧坡口内，后焊坡口施焊前必须清除定位焊道，定位焊长应为80mm，间距350mm。

焊接检查员在施焊过程中严格监测和控制道间温度及焊接线能量，并对每条焊缝进行实际施焊规范参数记录。双面焊的焊缝，一侧焊后，另一侧可采用碳弧气刨清根。清根时埋弧焊必须清到第一道缝完全露出，手工焊第一道缝必须完全清楚。碳弧气刨清根用压缩空气包含水分和油分加以限制。多层多道焊时，将每道的溶渣、飞溅仔细清理，自检合格后，方可进行下一道焊接。焊缝的表面尽可能平滑，咬边、焊瘤、焊趾过度角过大的部位要用细纱轮仔细打磨，使表面光滑平滑平整。每条焊缝进行编号，并记下施焊焊工姓名或代号存档。为保证钢管焊缝焊接质量，每班组安排四名焊工同时进行焊接工作。

四、焊接存在问题及解决方案

4.1存在问题

在压力钢管焊接过程中，由于受地下洞室气候条件制约,天气晴朗时,洞室内水汽在中午10点后自行消除,风向为由斜井底部向顶部流通,经调压井流向露天;天气阴或者下雨时,洞室水汽终日不退,洞室外部水汽由调压井口反流入洞内,洞内相对湿度更大.由于焊接工作为24小时工作制,加之08年汛期期间,马鹿塘地区雨量较往年多,天气多半为阴天或雨天,焊缝焊接完成后进行超声波无损检测，钢管焊缝下部多处出现气孔，气孔均在焊缝表面下4~ 6mm处，严重影响了焊接质量。由于大多数焊缝均存在同样问题，且项目所有焊工均参加过昆明掌鹫河供水管道焊接工作，反复出现同样的问题，导致焊工心理压力过大，给压力钢管焊接工作带来很大的影响。

4.2解决方案

1）针对整个洞室内存在的水汽，在洞内斜井底部和顶部各设置一台大功率通风机，根据天气变化情况随时改变通风机风向,不间断进行通风，降低洞内湿度。

2）在焊接工作进行前，对焊缝表面上的铁锈进行彻底的打磨；

3）焊前预热温度50～75℃，层间温度50～200℃。预热宽度为焊缝中心两侧各150mm范围内，测温点位于被加热面的反面，距焊缝中心50mm处对称测量，测温装置选用接触式测温仪。焊接环缝每隔一米测一对，不少于10对，20～30分钟测量一次。由于钢管下部焊缝处水分过大，使用电加热板存在不安全因素，加热方式采用采用火焰加热，加热设备选用汽油喷灯，保证焊接过程中水分不进入焊接区域，确保焊缝表面干燥，减少焊接区气孔和裂纹生成。焊缝加热见图焊缝加热示意图。

加热过程中加热火焰保持均匀，加热的速度保持缓慢升温。定位焊的预热温度50～75℃，背缝清根时，应保证预热温度。每道焊缝保证连续焊完，因故需中断焊接时，至少应焊三层以后，并要缓慢冷却，再次焊接前重新进行预热。焊接过程中，层间温度不应低于预热温度。层间温度测量应在焊道上。施焊时要求内外焊缝同时进行,保证焊缝温度均衡。

4.3处理结果

采用焊缝预热方法后，在钢管焊缝完成焊接操作后，进行超声波无损检测，焊缝焊接区气孔大幅减少，焊接区也无裂纹产生。无损检测发现的极少气孔，气孔均在焊缝表面下1~ 2mm处，原因是在焊接过程中由于个别焊工技术原因，更换焊条时搭接部位产生了个别气孔。焊接修补后进行超声波无损检测，所有焊缝均为气孔出现。

5结语

本文通过对马鹿塘水电站压力钢管安装的焊接方法做出总结，使用的设备、工具装备等结构简单、经济实用、易于保证质量，工艺方法合理、简洁，可供同类型工程钢管焊接过程中出现的问题借鉴参考。

第一作者简介：

姓名：胡安和

性别：男

出生年月：1974年5月

职称：高级工程师

所学专业：水利水电动力工程

工作单位：中国水电建设集团十五工程局有限公司

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关键词：钢管拱；焊接工艺评定；对接接头

中图分类号： P755.1 文献标识码： A 文章编号：

1工程概况

湖北恩施至重庆黔江高速公路宣恩至咸丰（鄂渝界）段项目起于宣恩县晓关侗族乡倒洞塘村附近，接恩施至来凤高速公路宣恩枢纽，经宣恩县的晓关和咸丰县的高乐山、丁寨、朝阳寺等地，最后在湖北与重庆两省（市）交界处的咸丰县朝阳寺镇石门坎附近对接重庆市的黔江至恩施高速公路重庆段。路线全长约71km。全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度采用80公里/小时，路基宽度24.5米。全线桥涵设计汽车荷载等级采用公路－Ⅰ级。

龙桥特大桥桥址区所在地隶属湖北省宣恩县晓关镇龙桥村，桥梁起点桩号K50+649.8，终点桩号K51+153.8，桥梁全长504m右幅桥（477.5m左幅桥），桥跨布置为4×30+1-280+3×30m右幅桥（4×30+1-280+2×30m左幅桥），主桥为268m上承式钢管混凝土桁架拱桥。变截面悬链线无铰拱，矢跨比f=1/5，矢高53.6m，拱轴系数m=1.5。本桥上部主体结构为钢管拱拱肋。图1为本桥的基本结构形式。

图1

2焊接工艺评定试验

钢管拱拱肋为本桥的主要结构，其工地拼装的焊接接头类型为钢管与钢管的对接接头，其实质为钢板与钢板的对接形式，所以在工厂模拟现场环境，采用钢板对接接头形式，根据现场的平、立、仰全位置焊接工位，选取了与实际拱肋钢管相同板厚，相同材质的钢板进行焊接工艺评定试验研究。

2.1试验母材

根据设计文件要求，本桥钢管拱拱肋实际采用材质为Q345D且化学成分和力学性能各项指标必须达到《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-2008）【2】的要求。

2.2 试验焊接材料

2.3 试验焊接设备

气体保护焊采用OTC牌XDS-500焊机。焊接电源均采用直流反极性接法。

2.4 焊接工艺评定试验

模拟实际焊接接头及工位，进行了3组对接接头试验，试件厚度与拱肋钢管相同为30mm，试件材质Q345D，试件焊接工位分别为平、立、仰位。试件编号依次为DJ01、DJ02、DJ03，试板材质、板厚组合、坡口尺寸、焊接方法、焊接材料。见表1。

表1 试验焊接试件及其内容列表

2.5 试件施焊工艺参数及焊缝检验

对接接头施焊工艺参数及焊接条件见表2。焊后进行焊缝外观检查，表面质量符合技术要求。焊接24小时后对焊缝进行超声波探伤和X射线检查，质量等级为Ⅰ级【1】。

表2 试验焊接试件施焊状况

2.6 试件的试验结果

全熔透对接接头分别进行了接头拉伸、焊缝金属拉伸、低温冲击试验、侧弯、接头硬度和宏观断面酸蚀试验。

接头拉伸、焊缝金属拉伸、低温冲击试验结果见表3。

侧弯、接头硬度和断面酸蚀试验结果见表4。

表3 试验焊接试件的接头拉伸、焊缝金属拉伸、低温冲击试验结果

表4 试验焊接试件的接头侧弯、接头硬度和断面酸蚀试验结果

3 试验结果分析

3.1接头强度

3.1.1评定标准：焊缝金属及全熔透对接接头拉伸试验的屈服强度、抗拉强度不低于基材标准值。【1】

3.1.2结果分析：由表3试验结果分析得到：1） 焊缝金属拉伸试验，焊缝强度（包括屈服强度和抗拉强度）都不低于基材标准值。2） 全熔透对接接头的拉伸试验，接头拉断强度高于基材标准值。拉断位置在基材上，表明焊缝的拉断强度高于基材抗拉强度。

3.2焊缝金属延伸率

3.2.1评定标准：根据规范要求，延伸率不低于基材的标准值。【1】

3.2.2结果分析：由表3试验结果可以看出，所有焊缝金属的延伸率均在基材标准值之上。

3.3接头侧弯

3.3.1评定标准：根据规范要求，对接接头侧弯180°试样受拉面上的裂纹总长不大于试样宽度的15 %，且单个裂纹长度不大于3 mm，则判为合格；当试验结果未满足上述要求，则允许从同一试件上再取一个试样重新试验，若试验结果满足上述要求，则仍判为合格，否则，判为不合格。【1】

3.3.2结果分析：由表4试验结果可以看出，对接接头的侧弯均合格。

3.4接头韧性

3.4.1评定标准：根据规范要求，对接接头V型缺口-20℃低温冲击试验结果的平均值不低于标准要求最低值34J【2】，见下表，且任一试验结果不得低于0.7倍的规定值。【1】

3.4.2结果分析：由表3试验结果可以看出，对接接头-20℃低温冲击功的平均值,Q345D材质的接头不小于34J【2】，且均有一定的富裕量。

3.5接头硬度

3.5.1评定标准：根据规范要求，接头的硬度值不大于HV10 350。【1】

3.5.2结果分析：由表4试验结果可以看出，各种试件焊缝及热影响区硬度较高，且热影响区高于焊缝中心。所有试件接头硬度值均未超过HV10 350的规定，符合要求。

4 试验结论

按拟定的焊接工艺和技术条件对本桥代表性焊接接头试件进行了焊接和试验，其焊缝金属拉伸试验、接头拉伸试验、接头低温冲击试验、接头侧弯试验和各硬度试验、宏观断面酸蚀试验等各项试验结果均符合设计文件和规范的要求。通过试验总结得出的焊接工艺参数和措施成功应用于本桥钢管拱拱肋的拼装对接，质量可靠。

5 结语

通过模拟钢管拱拱肋拼装焊接工位及接头形式在工厂内进行了相应的焊接工艺评定试验研究，各试件经外观检查、无损探伤、力学性能试验，结果均符合标准和规范的要求，所拟定的工艺参数和工艺措施用于指导实际焊接，焊接质量得到了可靠的保证。为今后类似钢管拱拱肋拼装焊接提供了经验，储备了试验数据。

参 考 文 献：

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关键词：SA213-T91钢 小管全氩焊接 单面焊双面成型 焊接工艺 方法

中图分类号：TG136+.2 文献表识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0071-02

广东国华粤电台山发电厂5×600MW燃煤发电机组锅炉是由上海锅炉有限公司设计制造的2093T/H亚临界压力控制循环锅炉。锅炉受压件安装焊口数量约27000个，末级过热器集箱管排采用SA213-T91钢制造。设计压力为16.6Mpa，工作温度为540 ℃，焊口属同种钢焊接，焊口规格为φ57×8 mm，共576道焊口（每排管有6根管子，共96排管）。鉴于末级过热器部件材质用T91钢的管排为联箱结构，管排与管排、管与管之间空间较狭窄，如果采用GTAW+SMAW

的焊接方法，手工焊条电弧焊盖面时焊条受空间位置的阻挡，直接影响焊接质量。因此，为了保证T91钢的焊接质量，决定此部件采用GTAW焊接工艺，并制定了相应切实可行的焊接工艺规范、措施、方案。安装完成后，两台锅炉的该部件T91钢焊口经检验一次合格率达到97.83%。在此将该部件T91钢的焊接技术和方法写出来，与同行共勉。

1 SA213-T91钢的化学成分及焊接要点

1.1 T91钢的化学成分及焊接性能

T91钢是马氏体型耐热钢，是在9Cr1Mo钢的基础上降低含碳量，严格限制硫、磷的含量，添加少量的钒、铌元素进行合金化，具有良好的热强性和高温抗氧化性。T91钢的供货状态为1040～1090 ℃正火加765～795 ℃回火，组织为回火马氏体。由表1可知，T91钢的主要元素为Cr和Mo，Cr是提高钢材淬透性元素，其在T91钢中含量较高，大大促进了T91钢的淬硬倾向。因此，焊接T91钢时，如果不采取一定的工艺措施，T91钢有冷裂纹倾向。T91钢合金总含量为10.534%，根据相关资料显示，对T91钢进行冷裂纹敏感性试验，结果表明：T91钢具有一定的冷裂纹敏感性，焊接前必须进行预热。同时T91具有较敏感的热裂倾向，焊接时必须控制焊接线能量，层间温度不能过高。

2 现场设备安装状况及焊接要点

上海锅炉厂设计的末级过热器联箱属炉膛悬吊结构。施工中考虑到炉膛结构与吊装方案，决定先将管排和母管吊装到位固定。焊口为垂直位置固定焊（即横焊）。现场对接管排较密集，管与管间距仅20 mm，管排与管排间距为150 mm，对口间距存在不均匀现象，因此，这些不利因素在一定程度上增加了焊工施焊操作的难度。焊接过程中，“盲区”位置使得焊枪角度极难控制，电弧热量较难于输送至“盲区”。如果这时仍就按常规的对口工艺和焊接操作方法，势必会使焊工视线被焊枪瓷嘴和焊丝挡住。这样导致的后果将会出现“盲区”接头未熔合和根部未焊透，甚至在填充层盖面焊接过程中也会出现层间未熔合。管排的焊接“盲区”。

由于T91钢合金含量高，焊接时焊缝受热温度过高，若不采取必要的工艺措施，必然导致根层氧化或“过烧”；其焊接性及熔池本身流动性较差，熔池粘度很大，焊口根部间隙过小时极易造成根部未焊透现象。针对此类缺陷，焊接过程前后采取如下措施。

（1）由于T91钢液态金属流动性差，安装对口时应适当加大对口间隙（2.5～3.5 mm）、钝边0.5～1.0 mm，防止焊口根部未焊透。

（2）焊枪尽量使用短瓷嘴（长度45 mm），保证钨棒尖端锐度。在“盲区”位置适量将钨棒（正常约5 mm）多伸出2 mm，这样在焊接过程中，能正常的将电弧热量输送至“盲区”，使接头熔合良好。

（3）焊缝根部打底焊时，选用合适的焊接电流和焊接速度，采用“内加丝法”，即在坡口两边熔化后，再沿坡口内加焊丝熔化，使坡口与焊丝充分熔合形成良好的接头。这样既能清晰地看到“盲区”接头，又可以看到坡口的熔化程度，同时又可以保证焊缝根部完全焊透。填充焊和盖面焊时，采用侧面送丝，这时焊工视线能看到“盲区”接头处层间熔合的良好程度。

（4）焊缝根部打底焊接时，要注意不能象焊接一般钢材那样，送丝要均匀，不能靠送焊丝的力量来突出根部。铁水过渡最好采用自由过渡，否则容易造成根部焊缝出现未熔化的焊丝头。收弧时特别要注意把弧坑填满后，等焊接电流衰减下来，才移向坡口边收弧，防止产生弧坑裂纹。

（5）T91钢合金含量高，淬硬倾向大。按焊接工艺卡要求，在焊接前先将管口均匀预热至150～200 ℃，施焊时严格控制焊接参数和焊接线能量，注意接头收弧质量，减少裂纹倾向；层间温度控制在250～300 ℃，根据焊接规程规定，合金含量高的耐热钢（Cr≥3%或合金总含量>5%）在焊接过程中，为防止根层氧化或“过烧”，要对管口进行充氩保护措施。具体实施的步骤如下：

①在对接管口内两侧各200 mm处用水溶性纸封住，使管壁内腔形成一个气室，为隔绝空气做准备。

②按焊接工艺卡要求，在焊接前应预热至150～200 ℃，用高温可粘胶布将待焊管口封住，然后利用充氩装置（皮管端装上球针）往管口内充氩气。充氩时间不少于10 min，待气室内有氩气流出时开始打底，焊一段把胶布拔开一段。为保证焊缝根部质量，最好先将焊口根部打底1/2后，仔细检查已焊部分确保无缺陷出现，再进行管口另外1/2打底。

③当打底至充氩孔（在焊口的最好位置预留约8 mm），并继续往管内充氩，待已打完底的填充层焊完，将充氩球针拉出，然后焊上预留孔，并利用气室内的剩余氩气完成其填充层，最后完成盖面层。

3 焊接工艺

（1）焊接方法：钨极氩弧焊（GTAW），单面焊双面成型（钨极为铈钨棒，直径为φ2.5 mm，焊枪瓷嘴直径为φ8 mm）。

（2）焊接设备：时代逆变式WS-400（PNE13-400），直流弧焊机，高频引弧，衰减灭弧。

（3）焊接材料：选用日本神钢生产的TGS-9cb（φ2.4 mm）焊丝，必须具备出厂合格证书，无锈斑，其化学成分（见表2）。

（4）保护气体：氩气，纯度≥99.99%。

（5）焊工：两名技术稳定、经验丰富的持证焊工，并且在施工前经过焊前练习检验合格。

（6）坡口形式：V型坡口70°，钝边0.5～1.0 mm，间隙2.5～3.5 mm，坡口内外管壁10～15 mm处打磨出金属光泽，清除氧化物、铁锈、油污、油漆等对焊接有害的物质。

（7）焊接规范参数：根据现场组合焊口管材、规格和焊接位置，进行一次与实际相同的模拟试焊，将试样进行外观检查及无损检验。经过反复实践，不断摸索，使练习试样合格，从而得到适合于现场操作的焊接规范参数。具体的焊接规范参数如表3所示。

4 焊接操作过程

4.1 T91钢焊接前需进行如下的准备工作

（1）施工技术资料的准备：开工前应准备施工作业指导书、焊口编口、焊接工艺卡、技术交底详情。

（2）施工现场的准备：施工现场必须提供充足的动力电源，做好防风挡雨措施，有足够数量的WS-400逆变电焊机。

（3）充氩的准备：必须提供充足的氩气，T91钢小径管的焊接施工中根层焊接需要充氩保护；需要准备可溶纸、钢针管或球针及氩气管、高温胶带、氩气流量计（包括减压表）、打火机等。

4.2 作业内容

（1）坡口加工及检查：坡口制备用机械加工的方法，不允许使用火焰切割。由于末级过热器为联箱结构，应仔细检查整排管口的打磨质量以及管内预制充氩区封堵情况，避免出现重新对口的返工现象。

（2）预制充氩区：根据焊接钢管的内径，裁剪可溶纸，折叠成圆锥状，圆锥底面的直径应比钢管的内径稍大，填塞进钢管里。

（3）对口：对口时应采用专用夹具（对口钳），严禁强力对口。对口错口不得超过 1.0 mm，坡口间隙应修整到规定尺寸。遇到有错位的管口用预置的木尖来调整，对口尺寸如图1所示。

（4）预热：根据工艺卡要求，点焊前应预热到150～200 ℃（履带式加热器）。

（5）充氩：坡口处母材温度符合要求后，开始充入氩气。充氩针头采用球针，使用时将球针弯成90°，探进坡口，顺坡口内壁进行充氩。焊口环周用高温胶带将焊口封住。

（6）点焊固定：往管内充氩时间不少于10 min后进行根层点焊，点焊焊缝长15～20 mm，厚度3 mm，点焊位置在11点到1点之间，为了避免其它管子由于前面焊接后的收缩而影响对口质量，先把一整排管（6根）全部焊口点焊定位好，以防止对口间隙变化。点焊处若焊缝背面呈亮白色，则保护效果良好；若颜色发暗没有光泽，则需要完善充氩工作。此时将被氧化的点焊缝磨掉，重新进行点焊。

（7）打底层焊接：点焊自检合格后进行打底焊接。为了保证根层焊缝质量，采用前后各一名焊工进行对焊。一人打底焊，一人充氩，这样有利于相互检查。管径规格φ57×8mm为控制层间温度，保证焊接接头质量优良，一次预热3个焊口为宜。焊接顺序，由1-2-3-4或1-4-2-3顺序进行。

（8）填充盖面焊接：完成打底后，仔细检查底层焊缝，确认无缺陷后，按表3焊接工艺参数来完成填充层、盖面层的焊接。焊工在焊接所有后一道焊缝前，都应确认层间温度，可用远红外测温仪辅助验证，待层间温度降到250～300 ℃的温度后才可以开始焊接。为了提高工作效率，采用焊完一道焊口的一个焊道后，停下来进行第二道焊口的一道焊道的焊接，以后依次类推。在焊接过程中，焊枪与工件的角度保持在80～85°之间，焊丝与工件的角度保持在10°左右。同时要注意焊道接头和收弧质量，收弧时应将熔池填满，各层焊接接头应错开，盖面层焊道应圆滑过渡到母材。

5 检验结果

按检验规程DL/T821、DL/T820-2002规定和DL/T869-2004质量标准要求，对T91钢焊缝进行100%射线检测并加50%超声波检测，1#、2#锅炉末级过热器T91钢焊口一次合格率分别为：97.57%和98.09%，达到了预期的目标。具体检验结果如表4所示。

6 结论

检验结果表明：末级过热器T91钢只要采用合理的焊接参数，严格控制对口间隙、预热温度、层间温度、焊接热输入量，运用正确的操作方法，合理安排焊接顺序，采取必要的工艺措施，严格执行焊接工艺规范，最大限度的减少了焊接“盲区”未熔合、焊缝根层“过烧”和根部未焊透接头的出现，并能获得优质的焊接接头，保证机组的运行可靠性和稳定性。

参考文献

[1] 邹勇，梁亚军，薛龙，等.焊接机器人管道全自动打底焊研究[J].电焊机，2008（8）.