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一、前言T9材质（A200T9日本进口）炉管的焊接在我公司还是首次，由于材质的特殊，焊接过程中及焊接后易出现裂纹，且热处理后的硬度值很难达到《石油化工管式炉碳钢和铬钼钢炉管焊接技术条件》SH3085-1997标准中规定的HB≤241。焊接质量不易保证。我们根据该材质的特点，并结合在实际操作中收集的资料和积累的经验，总结了该工法望能对其他工程有所帮助。二、特点1制作合理的胎具，控制倒U形炉管制作焊接后的形状尺寸。2预热、层间温度、缓冷，T9炉管的温度变化受环境的影响非常敏感，焊接时注意加强保护措施。3T9材质在焊接过程中起弧及收弧极易出现裂纹，必须及时采取措施。4焊后热处理在经过数次试验，确定合理的工艺参数终于满足SH3085-1999规定的HB≤241的要求。5由于T9炉管的特殊结构，炉管倒置在辐射室内，炉管顶部无排空点给炉管试压带来困难。三、工艺流程及工艺要点倒U型T9炉管施工工艺流程图：硬度测试不合格倒货检验坡口加工上胎具组对焊接及层间温度控制焊后保护(缓冷)无损检测(RT)焊后热处理热处理后无损检测与集合管组装试压不合格预热(焊前)返修加温合格合格合格焊接及热处理场地胎具制作四合一炉总体结构图T9炉管倒置于辐射炉内炉F202/4辐射炉管炉F202/3炉F202/1集合管炉F202/21到货检验①炉管应具有出厂合格证和质量证明文件，其内容应符合国家标准及有关技术条件的要求。进口炉管应符合设计文件规定的相应标准及有关要求。②与炉管相焊的管件（急弯弯头、焊接回弯头等）的各项技术要求，应符合现行标准《石油化工管式炉急弯弯管技术标准》SH3065及设计文件的规定。进口的管件应符合设计文件规定的相应标准及有关要求。③炉管内外表面应平整、不得有裂纹、折叠、轧折、离层、结疤等缺陷，并不应有严重锈蚀现象。④炉管外形尺寸允许偏差应符合《石油裂化用无逢钢管》GB9948或设计文件的规定。⑤管件外形尺寸允许偏差，应符合《石油化工管式炉急弯弯管技术标准》SH3065或设计文件的规定。⑥对质量证明文件检验项目不全或对材质有疑义的炉管、管件必须进行复验。注：对炉管的超探检验中选取的对比试样应符合J4730中的规定；对比试样应选取与被检钢管的规格相同，材质、热处理工艺和表面状况或相似的钢管制备。对比试样不得有影响人工缺陷正常指示的自然缺陷。右图为检验人员正在对T9炉管进行到货检验：2主要技术文件、材料及焊接设备①焊接工艺评定：★T9（ASTMA200）管（Φ88.9×6.35mm）氩弧焊/电弧焊（Cr9Mo）评定编号：T9-GΦ88.9×6.35－（WS＋D）VSA★T9与1Cr5Mo管（Φ89×7）氩弧焊/电弧焊评定编号：T9＋V－1－GΦ89×7－（WS－D）VCA②T9炉管对焊材质及焊材、焊接设备的选用焊口规格mm焊口材质焊丝种类焊条种类焊机种类Φ88.9×6.35A200T9＋A200T9Cr9Mo＋Cr9MoH1Cr9MoE9Mo-15R707逆变焊机YD-400AT唐山松下Φ88.9×6.35A200T9＋A335P5Cr9Mo＋1Cr5MoH1Cr5MoE5MoV-15R507逆变焊机YD-400AT唐山松下3炉管焊接前的准备工作①倒U型T9炉管组装及运输胎具制作★组装胎具如下图所示：用角钢制作成限位挡板★下胎具时T9炉管端部固定卡如下图：★运输胎具如下图所示：②炉管预制及热处理场地★防风、防雨棚的制作、热处理棚的制作道木工具房热处理间焊机房炉管组对焊接预制场地防风围栏炉管热处理场地③坡口加工★炉管焊接坡口的型式及尺寸采用下图一所示，坡口应采用机械方法加工。★坡口加工后，应进行外观检查，其表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。④组对及定位焊★组对间隙为2±1mm，见图一。★组对错边量不应大于0.5mm，定位焊逢的长度宜为10~15mm。★定位焊采用实芯焊丝钨极氩弧焊进行定位焊，则管内应进行充氩保护。注：氩弧焊定位焊时在收弧部位易出现裂纹，可采用焊接前打磨处理或在焊接中将其熔合的办法消除。4炉管焊接①预热：预热温度为250~350℃，采用电加热的方式注：T9材质受环境影响，其温度变化十分敏感，从实践中收集的大量数据说明，T9炉管预热后暴露在室外（环境温度大致为20~30℃），其降温速度平均为30℃/min，因此操作中预热温度最好取上限值即350℃，最低不宜低于300℃，预热后应立即施焊，中间不宜停留较长时间。②层间温度的控制：层间温度应控制在250~350℃之间，炉管的焊接应一次完成（包括打底、填平、包面），中间不应有间隔，即使这样，层间温度受环境影响，温度极易降至250℃以下。注：层间温度的控制可采用点温计测量控制的办法，分别于打底完、填平完两个过程完成后测量计2次（预热温度在热处理设备操作面板上可以显示出来，也可以用点温计进行复测），如温度低于250℃则用烤把加热升温，满足要求后继续施焊。③缓冷：炉管焊接完成后应立即缓冷，保温材料为石棉被，厚度不低于30mm，保温两层（见右图），直至温度完全降至环境温度时再拆除保温被。④焊接★焊条的烘培温度为350℃，恒温时间为1小时。焊接工艺参数见下表焊道层数焊接方法填充材料焊接电流焊接电压(V)焊接速度(cm/min)线能量(L/min)牌号直径极性电流Cr9Mo＋Cr9Mo1氩弧焊H1Cr9Mo2.5直、正90~11010~155~9≤162电弧焊R7073.2直、反70~11020~257~10≤163电弧焊R7073.2直、反70~11020~257~10≤16Cr9Mo＋1Cr5Mo1氩弧焊H1Cr5Mo2.5直、正90~11010~155~9不限2电弧焊R5073.2直、反100~14020~256~10不限3电弧焊R5073.2直、反100~14020~256~10不限★焊接接头形式如右图二示：★施焊前应将坡口及两侧的水锈油脂清理干净，并在坡口内外打磨出金属光泽。★炉管焊接采用氩电联焊，在使用钨极氩弧焊时，焊丝前端应置于保护气体（氩气）中，在焊接底层焊道时，炉管应充入氩气进行保护，氩气纯度不低于99.9%。★焊接时应在坡口内引弧，严禁在非焊接部位引弧、炉管及管件表面不得有电弧檫伤等缺陷。★焊道始端采用后退起弧法，终端将弧坑填满。★多层焊时，层间接头应错开15~20mm。注：焊接过程中收弧部位极易出现裂纹，现场施焊焊工积累了经验，可采用以下两种方式消除：a：收弧时将收弧点引至熔池边缘而不在熔池中部，可消除收弧裂纹；b：增加两侧收弧点的搭接长度，搭接长度为15~20mm，之后立即对搭接部位打磨，可消除收弧裂纹。有一点应当注意，该部位在包面后，其焊肉高度会偏高，超标部分应打磨消除。⑤焊接后的检验★外观检验，焊逢的外观检验应符合下列要求：a：焊逢外形尺寸应符合文件的要求，焊逢与母材应圆滑过渡；b：焊逢和热影响区表面不应有裂纹、气孔、弧坑和肉眼可见的夹渣等缺陷；c：焊逢表面的咬边深度不得大于0.5mm，焊逢两侧咬边总长度不得超过该焊逢总长度的10%。否则，应进行修磨，使之平滑过渡。经修磨部位的炉管壁后不应小于设计要求的厚度。★射线检测：a：焊逢进行100%射线检测，射线检测必须在焊接完成后24小时后进行，应符合现行标准《压力容器无损检测》JB4730的规定，其中，射线检测合格等级为Ⅱ级；b：不合格的焊逢必须进行返修，同一部位的返修次数不宜超过两次，经过两次返修仍不合格的焊逢，如需再进行返修，应编制返修工艺措施，经质保工程师批准后方可实施，并将焊逢返修次数、部位和无损检测等结果记入焊逢返修记录中，返修后仍应按原规定方法进行检测。C：焊逢返修应在热处理前完成，如热处理后仍需返修，返修后应重新进行热处理并做硬度测试。5热处理工艺及热处理后的检测说明：SH3085-1997中第5.4.11条规定热处理后的硬度应满足HB≤241，通常的热处理工艺在实际操作中很难达到要求，通过反复试验，确定以下热处理参数能够收到很好的效果。★热处理设备选用TCS-Ⅱ型温控设备。焊后热处理工艺参数参数内容升温速度100~120℃/h热处理温度780℃恒温时间≥2小时冷却速度恒温后的冷却速度不大于150℃/h，300℃以下自然冷却。（说明：此时不宜拆除保温被，直至冷却至环境温度，再行拆除。）注：热处理时注意热电偶的放置应紧贴炉管金属表面，端部最好用石棉布包裹起来，防止热电偶端部与炉管点接触时由于温度过高熔化金属，损伤母材。热处理曲线见下图：右图为操作人员正在进行T9炉管的热处理实验：★硬度测试热处理后应对焊逢、热影响区及其附近母材分别抽检表面布氏硬度、抽检数量应不小于热处理焊口总数的10%，所测硬度值应符合HB≤241。硬度值超过规定时，加倍检查。仍不合格重新热处理，并作硬度测定。★无损检测对先进行无损检测后进行热处理的焊逢，焊后热处理完成后，应对热处理焊口作10%超声检测及渗透检测，以无裂纹为合格。＜150℃/h100~120℃/h100300500700900℃h780℃481216自然冷却注：现行标准SH3085-1997、SHJ520-91、SH/T3523-1999均为对超声检测及渗透检测出现不合格后如何处理作出规定，建议同样加倍检查，仍有不合格全部检查，并对不合格的焊口进行返修，如返修需焊接，返修合格后需重新热处理。注：实际操作中因业主要求增补为100%渗透及10%射线，此项目应根据业主要求而定，不宜强行实施。6倒U型T9炉管与集合管的组装及焊接①首先安装集合管并找正，调整集合管的间距、平面位置、标高、水平度。说明：现行规范对集合管的安装并没有关于这些项目的要求，但这些项目的调整是为了保证倒U型炉管的安装质量，通过实践，这些项目应满足下列要求：项目允许偏差集合管间距±5mm对角线±5mm标高±5mm且两集合管相对标高之差≤5mm轴向水平度±5mm径向水平度±1②集合管的材质为1Cr5Mo，与T9炉管相对焊的焊接要求已在前面叙述。③炉管找正安装后及时安装炉管管卡。7倒U型炉管试压由于T9炉管是倒置于辐射室内顶部无排空点，因此炉管水压试验时排出积聚在倒U型炉管顶部的空气成为最大的难点，通过论证，实际操作采用了打循环水的办法，即试验水由一侧集合管底部的排污孔进入，通过T9炉管升至炉管顶部，再由另一侧的集合管底部的排污孔排除，排出的试验水用一水箱盛装再供给试压泵继续往集合管中注水，如此往复的打循环水通过循环水的流动把积聚在炉管顶部的空气带出。注入循环水的周期不应低于40分钟。倒U型T9辐射室炉管安装结构见右图：倒U型T9辐射室炉管试压操作如下图：倒U型T9辐射炉管集合管试压泵水箱四安全五主要施工机具及手段用料序号名称规格、型号数量备注1电焊机逆变焊机YD-400AT唐山松下10台2烘干箱1台3热处理设备TCS-Ⅱ1台4试压泵1台5角向磨光机10台6直磨机5台7烤把2台8点温计2个9胶皮10m2充氩封堵管口10氩气表10套11射线机1台12热电偶温度计20个热处理13电加热带30套14石棉被100条保温15帆布100m2搭设防风棚16彩条布200m217槽钢依据现场实际定18角钢19钢板预制平台20脚手管搭设防风棚六工程实例