15CrMoⅢ管板堆焊技術應用

丁興忠(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院江陰分院，江蘇　江陰　214401)

15CrMoⅢ管板堆焊技術應用

丁興忠(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院江陰分院，江蘇江陰214401)

本文重點介紹了15CrMoⅡ鉻鉬鋼鍛件堆焊焊接工藝過程、涉及金屬材料、焊材的選用、工藝參數、焊接技巧、表面無損檢測、焊前預熱以及焊后消應力熱處理等方面。針對制造過程中遇到的困難及問題，采用了一系列解決方案及措施，保證了產品的焊接質量及生產進度，確保了整臺產品的按時交貨。對類似設備的制造具有一定的參考價值。

15CrMo鍛件材料；焊接材料；工藝參數；焊接技巧；焊后熱處理無損檢測；焊接質量

制造廠承接某化學品有限公司7萬噸/年（以100%計）過氧化氫項目的一批設備，在3000Nm3/h制氫裝置中的其中一臺鍋爐給水預熱器，是一臺U形管換熱器Ⅱ類容器，換熱管是S32168規格φ19×2.0材料，設計上面從管程、殼程的工作壓力、工作溫度、介質特性、焊接工藝、制造成本等因素綜合考慮，圖紙設計要求管板材質是15CrMoⅢ鍛件堆焊E347焊材，堆焊后機加工成形厚度為5mm，換熱管與堆焊后管板的焊接接頭編號為D5焊縫（圖1），這樣堆焊層金屬元素與換熱管的金屬元素成分相接近，屬于同種鋼焊接，保證了焊接質量。

1　材料要求及可焊性分析

圖2　

15CrMo管板材料屬低合金耐熱鋼，屬于FeⅣ材料。具體結構見圖2在焊接時會出現冷裂紋、焊接熱影響區硬化和焊后熱處理后出現再熱裂紋傾向。管板基材是含有Cr、Mo的珠光體耐熱鋼有明顯的淬硬傾向，在焊縫區和熱影響區極容易出現硬脆的馬氏體組織，產生很大的內應力。導致焊接接頭產生裂紋；如果焊接線能量過大，熱影響區晶粒明顯粗化，在焊接殘余應力作用下，焊接熱影響區粗晶區極容易引起再熱裂紋。所以進行過渡層焊后進行消應力熱處理是管板堆焊焊后很重要且關鍵的工序，應引起重視。

2　堆焊層焊接過程及質量控制

2.1焊前預熱

由于該類鋼的淬硬傾向大，與異種鋼焊接時各區域金屬熱膨脹系數不同，如果焊接速度過大容易形成馬氏體組織，導致熱裂紋產生。因此焊前預熱非常重要。規定預熱溫度為200～250℃，在管板堆焊側采用電加熱帶或火焰均勻加熱，紅外線測溫儀檢測。

2.2焊接過程

（1）焊前用丙酮清洗管板表面的油污、水分、銹斑等雜質。

（2）為了防止管板鍛件表面可能出現裂紋、氣孔、夾渣、分層等缺陷，待焊表面進行100%MT檢測，按NB/T47013.4～2015評定Ⅰ級合格

（3）焊接材料過渡層選用A062φ3.2焊條，復層選用A132φ 4.0焊條。焊條應進行200～250℃烘培1～2h保溫100℃左右，采用保溫筒領用，做到隨用隨取。

（4）每層焊后在空氣中靜止冷卻后逐層進行100%PT檢測，按NB/T47013.5～2015評定Ⅰ級合格.具體工藝參數見下表

表1　焊接工藝參數

（5）復層焊接完成后立即用石棉氈覆蓋管板全部堆焊層，保溫并緩冷2h以上，然后去掉石棉氈在空氣中冷卻至室溫。

3　焊后熱處理過程及質量控制

根據HG/T20584～2011《鋼制化工容器制造技術要求》第8章：焊后消除應力熱處理的規定及技術要求，采用降低焊后消除應力熱處理溫度、結合管板實際厚度、延長保溫時間的工藝進行過渡層焊后消除應力熱處理，熱處理工藝見圖3

圖3　

4　工藝評定驗證試驗

為了體現工藝的重要性及其科學性，在策劃焊接工藝方案時監督制造廠對15CrMo管板堆焊按NB/T47014～2011《承壓設備焊接工藝評定》規定及要求進行焊接工藝評定。按同產品工藝路線進行工藝評定試驗。分別對試件過渡層、復層逐層做100%PT檢測，評定Ⅰ級合格；依據耐蝕堆焊工藝評定檢驗要求與結果評價規則進行彎曲（側面）試驗；4個側彎試件彎曲180°以后在拉伸面上的堆焊層內無任何開口缺陷；在熔合線內沒有＞3mm的開口缺陷；化學成分分析測定方法按7.3.1.3.2要求，測定數據如下：

表2：堆焊層化學成分

測定堆焊機加工表面至熔合線距離為3.5mm，經比對評定的化學成分數據符合產品要求，試樣圖片如下：

［1］GB150—2011《壓力容器》.

［2］NB/T47015～2011《壓力容器焊接規程》.

［3］《焊接操作技術速查手冊》朱學忠編.

［4］《焊接手冊》中國機械工程學會焊接學會編.