专利名称：炉管与异种钢焊接施工方法
技术领域：
本发明涉及建筑工程施工中管件的焊接方法，特别指一种炉管与异种钢焊接施工 方法。
背景技术：
近年来，为满足石油化工及化肥工业等装置的要求，离心铸造炉管的应用有了很 大的进展，这些炉管大都承受高温(高达1200°C)、高压(高达4Mpa)，并且在连续长周期下 工作，故对焊接质量要求非常严。HK-40炉管就是典型的镍基奥氏体不锈钢，广泛用于化工 厂的转化炉中。由于裂解炉辐射段炉管伸出炉膛的部分温度已降低，为了节约材料，通常使 用Cr-Mo低合金钢法兰。因此，开发HK400炉管与15CrMo异种钢焊接工法是石油化工建设 的需要。在国内的大型炼油厂，随着设备使用寿命的到来，转化炉辐射管由全进口引进吸收 向现场制作安装发展。如中石化长岭炼油厂250吨/年炼油装置加氢制氢转化炉改造幅射 管采用美国某公司进口的HK-40炉管和国产的15CrMo高颈法兰现场施焊。该炉是炼油厂 的重要设备，焊接质量的好坏对炉管的使用寿命及防止高温下爆管有很大的影响。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种具 有很强的可操作性，对HK400离心铸造炉管与15CrMo异种钢焊接及热处理具有指导作用的 炉管与异种钢焊接施工方法。本发明方法包括以下步骤
1)首先采用专用卡具组对焊口，保证对接的同心度。2)然后清理焊件，向管道内充氩置换，对管道进行逐层焊接，焊接完后做外观检 查，对不合格的进行焊口返修，确认合格后进行PT、RT检测，然后进行焊口热处理，具体操 作如下
a、焊前用丙酮将坡口及其两侧清除干净，并在坡口两侧包上石棉板，采用小电流、高 焊速、窄焊道焊接；焊接的引弧在坡口内进行，起弧时焊枪提前送气，并采用高频引弧，息弧 时应使用电流衰减装置和气体保护装置，焊接弧坑须填满，焊接时，粘贴在坡口处的高温胶 带随焊随揭开；每层焊后清除焊渣，并应仔细检查各层表面缺陷，合格后预热方可焊接次 层，每层焊道的接头均应错开，层温控制不超过150°C，每层层间接头应错开，收弧时应填满 弧坑；
b、焊缝的热处理采用电加热法加热炉管，氧乙炔加热法兰，并用热电偶测试温度，焊 前至150-200°C，恒温30分钟，在距焊口 100mm内均勻加热，防止局部过热，加热区附近应予 保温，以减少热损失；焊后及时进行后热，在法兰上以焊口中心为基准，在不小于焊缝宽度 三倍内加热，按小于220°C /时的速率加热，升至300-350°C，恒温1小时后，缓慢冷却至室 温方可解开电加热带。3)再进行硬度测试、通球试验、强度试验，所有测试、试验合格后即可吊装到位。
4)最后进行系统气密性检测，出具竣工资料即完成。本发明方法所述的炉管为HK400炉管。所述的异种钢为15CrMo异种钢。本发明的优点及有益效果
本发明可以将过去的全进口炉管向国产化转变，降低设备购置价值，方便运输，在化工 厂检修工程中可保证工期，保证质量。而且通过多次模拟试验、类似工程的施工，全面掌握 了该异种钢焊接和热处理的技术，取得了良好的经济效益和社会效益，达到业主的要求，站 稳了市场O本发明在中石化长岭炼油厂500吨/年炼油装置加氢制氢转化炉及中石化巴陵分 公司制氢转化炉改造中得到多次成功应用，并获得化工石化建设系统焊接技术暨焊接设备 交流会议论文评选叁等奖。中石化长岭炼油厂500吨/年炼油装置加氢制氢转化炉被中国 工程建设焊接协会评为全国优秀焊接工程。
图1为本发明工艺流程图。图2为本发明焊接时坡口形式结构示意图。图3为本发明卡具组对焊口结构示意图。附图标记说明1、胶布密封，2、凹槽，3、氩气保护。
具体实施例方式具体实施例
1、采用专用卡具组对焊口，既可保证炉管与法兰的同心度，又可进行底层焊缝背面充 氩保护。2、焊前用丙酮将坡口及其两侧20mm宽度范围内的油污清除干净，直至出现银白 色金属本色。清理工具应专用并保持清洁，防止与铁接触出现渗碳现象。并在坡口两侧各 100毫米宽度的范围内，包上石棉板防止焊接飞溅物损伤母材。采用小电流、高焊速、窄焊道 焊接。3、炉管根部焊缝是影响整个焊缝质量的关键，定位焊缝应认真检查，如有未焊透， 裂纹等缺陷，应予清除，并重新进行焊接。4、炉管焊接的引弧必须在坡口内进行，严禁在炉管表面引弧或试电流，不允许在 工件坡口外有电弧擦伤母材的痕迹。5、起弧时，焊枪必须提前送气，并采用高频引弧，息弧时，应使用电流衰减装置和 气体保护装置，焊接弧坑必须填满，焊接时，粘贴在坡口处的高温胶带应随焊接随揭开。6、每层焊后必须及时清除焊渣，并应仔细检查各层表面缺陷，合格后预热方可焊 接次层，每层焊道的接头均应错开，层温控制不超过150°C，15CrMO管道的焊缝如因故中 断，再焊接时要重新预热。每层层间接头应错开，收弧时应填满弧坑。7、所使用的砂轮片只能专用于磨不锈钢，所用的钢丝刷及清除焊渣的工具，一律 由不锈钢制作。8、焊缝的热处理应尽量避开HK-40在475°C时易产生6相脆性转变，又要保证 15CrMoo焊后缓慢冷却，消除焊缝内氢气，减小接头脆性。我们采用电加热法加热炉管，氧乙炔加热法兰，并用热电偶测试温度，焊前至150-200°C，恒温30分钟，在距焊口 100mm内均 勻加热，防止局部过热，加热区附近应予保温，以减少热损失。焊后及时进行后热。在法兰 上以焊口中心为基准，在不小于焊缝宽度三倍内加热，按小于220°C /时的速率加热，升至 300-350°C，恒温1小时后，缓慢冷却至室温方可解开电加热带。
9、焊缝机械性能检验
在外观检查.渗透探伤和射线探伤合格后，进行试件机械性能试验。 显微组织
15CrMo侧热影响区铁素体+珠光体
焊缝区奥氏体+MC HK-40侧热影响区奥氏体十6相 母材奥氏体+ 6相。本发明的工艺原理
本发明在对该两种异种钢进行必要的焊接性能分析的基础上，主要介绍了焊接工艺评 定、焊接规范和现场施工要点。1、加氢制氢转化炉工艺参数 T 出= 800°CT 入=500
P 出=2. 05Mpa P 入=2. 35Mpa 幅射管①127 X 12 X 127m共60根120道焊口。HK-40属奥氏体耐热钢，广泛应用于石化工业加氢制氢转化炉的幅射段，它有良好 的抗氧化性能，抗渗碳性能，高温强度和塑性，由于铸造材料的晶粒粗大，使抗蠕变断裂强 度(即持久强度)比细晶粒的更高，其设计和使用寿命一般为10万小时。通常使用镍基焊 条，采用小电流，快速焊，快速冷却，焊后不需热处理。15CrMo是珠光体耐热钢，具有良好的热强性和抗氧化性，但焊接时若冷却速度快， 则易形成淬硬组织，接头脆性增大。因此焊前要求预热，焊后要求热处理，以消除焊接应力 和改善接头性能。HK-40和15CrMo的化学成份，物理性能如下
由以上可见，两种材质的导热系数、线膨胀系数和化学成份有较大差异，所以焊接较头的成份和性能的变化是比较复杂的，易产生高温裂纹，而且其中HK-40的常温及高温塑性 小，所以要严格限制P、S等有害元素的含量，减少6相的产生。
2、焊接工艺评定
为了保证焊缝在高温下有良好的稳定性和热强性，耐氢腐蚀，应严格控制和保证焊缝 的化学成份和金相组织，抑制6相的产生使之不低于母材的高温性能。我们选用了美国进 口的Inconel82焊丝和ERNiCrFe-3焊条(Inconell82)采用氩弧焊打底，手工电弧焊盖面。 焊丝、焊条的化学成份如下
焊接规范
本发明方法的机具设备
1、辐射管(HK-40)与对焊法兰(15CrMo)施焊前应先做焊接工艺评定，母材化学成份、 机械性能，金相分析，焊条焊丝化学成份分析。2、严格焊材保管、清冼、发放、领用、回收制度。做到专人管理，记录齐全。氩气的 纯度不低于99. 99%。3、施工机具
本发明质量控制
1、承担该炉施焊的焊工，须经考试合格，并持有相应项目的合格证，有合格证的焊工连 续半年没有进行炉管焊接，应重新考试。2、坡口表面应光滑，坡口及两侧20mm以内应打磨出金属光泽不允许有氧化皮、裂 纹、夹层等缺陷，炉管和法兰的坡口还应着色检查，不允许出现加工或制造缺陷。3、现场采取防护措施防风、防雨、防冻。4、焊出现触钨时，应停止施焊，清理干净后重新施焊。在施焊时先送氩气，后引弧， 焊接快结束时应先收弧，后停气，收弧时要注意填满弧坑。5、加强质量监控，每道工序由专人检查，严格按照工艺指导书施工，上道工序合格 后方可进行下道工序。6、焊缝表面不允许有裂纹、气孔、弧坑、夹渣等缺陷；焊缝咬边深度不大于0. 5mm, 两侧咬边长度小于该焊缝长度的10% ；焊缝与母材应圆滑过渡，不得低于母材，焊缝余高不 大于1. 5mm，焊缝对口错边量应小于0. 25mm。焊缝宽度以每边不超过坡口边缘2mm为宜。7、对15CrMo法兰进行100%超声波检查，注意发现裂纹。所有对接焊口的坡口， 根层焊道，焊缝表面应100%进行渗透探伤。渗透探伤按GB150-89中附录H标准的规定进 行，所有对接焊缝必须进行100%X射线探伤，并符合《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分 级》GB3323 - 87规范中的II级标准。8、通球检查采用直径> 0. 98Di的圆球(Di为管子内径)，保证焊口内壁平齐，防止 氢气气流碰撞焊缝根部产生静电火花。9、热处理后立即测试硬度，焊缝区、热影响区硬度应不大于母材硬度的125%。10、辐射管应在无损检测，焊后热处理合格后进行单管水压试验，水压试验合格后 方可吊入炉内。11、试压用水要洁净，水中氯离子的总含量应小于25ppm，不得含有害杂质。水温不 得低于5°C，否则须有防冻措施。12、水压试验必须用两个量程相同并经校正的压力表，压力表的量程为试验压力 的2倍。13、试压时应缓慢升压，当达到试验压力23. 52Mpa后，停压10分钟，以无泄漏目 测无变形为合格。然后将压力降至18. 8Mpa，对所在部位进行检查，以目测无泄漏为合格。 升压和泄压速度应缓慢进行，试压状态不得敲击。14、炉管吊入炉内与集气管、下猪尾管连通后进行系统气密试验，抹肥皂水检查焊本发明劳动力计划
管理人员3人管钳工15人铆工5人
焊工6人起重工、架子工10人探伤工2人
维修电工1人司机、吊机手2人辅工8人。本发明所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明 的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。
权利要求
一种炉管与异种钢焊接施工方法，其特征在于包括以下步骤1)首先采用专用卡具组对焊口，保证对接的同心度；2)然后清理焊件，向管道内充氩置换，对管道进行逐层焊接，焊接完后做外观检查，对不合格的进行焊口返修，确认合格后进行PT、RT检测，然后进行焊口热处理，具体操作如下a、焊前用丙酮将坡口及其两侧清除干净，并在坡口两侧包上石棉板,采用小电流、高焊速、窄焊道焊接；焊接的引弧在坡口内进行，起弧时焊枪提前送气，并采用高频引弧，息弧时应使用电流衰减装置和气体保护装置，焊接弧坑须填满，焊接时，粘贴在坡口处的高温胶带随焊随揭开；每层焊后清除焊渣，并应仔细检查各层表面缺陷，合格后预热方可焊接次层，每层焊道的接头均应错开，层温控制不超过150℃，每层层间接头应错开，收弧时应填满弧坑；b、焊缝的热处理采用电加热法加热炉管，氧乙炔加热法兰，并用热电偶测试温度，焊前至150-200℃，恒温30分钟，在距焊口100mm内均匀加热，防止局部过热，加热区附近应予保温，以减少热损失；焊后及时进行后热，在法兰上以焊口中心为基准，在不小于焊缝宽度三倍内加热，按小于220℃/时的速率加热，升至300-350℃，恒温1小时后，缓慢冷却至室温方可解开电加热带；3)再进行硬度测试、通球试验、强度试验，所有测试、试验合格后即可吊装到位；4)最后进行系统气密性检测，出具竣工资料即完成。
2.根据权利要求1所述的炉管与异种钢焊接施工方法，其特征在于所述的炉管为 HK400炉管。
3.根据权利要求1所述的炉管与异种钢焊接施工方法，其特征在于所述的异种钢为 15CrMo异种钢。
全文摘要
本发明涉及炉管与异种钢焊接施工方法。本发明方法包括以下步骤首先采用专用卡具组对焊口，然后清理焊件，向管道内充氩置换，对管道进行逐层焊接，焊接完后做外观检查，对不合格的进行焊口返修，确认合格后进行PT、RT检测，然后进行焊口热处理；再进行硬度测试、通球试验、强度试验，所有测试、试验合格后即可吊装到位；最后进行系统气密性检测，出具竣工资料即完成。本发明可以将过去的全进口炉管向国产化转变，降低设备购置价值，方便运输，在化工厂检修工程中可保证工期，保证质量。而且通过多次模拟试验、类似工程的施工，全面掌握了该异种钢焊接和热处理的技术，取得了良好的经济效益和社会效益，达到业主的要求。
文档编号B23K9/16GK101870031SQ20101022396
公开日2010年10月27日 申请日期2010年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者孙韵, 罗君华, 谷瑞琢 申请人:中国化学工程第四建设公司