15CrMoⅢ管板堆焊技術(shù)應(yīng)用

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

15CrMoⅢ管板堆焊技術(shù)應(yīng)用

丁興忠(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)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(shù)、焊接技巧、表面無損檢測、焊前預(yù)熱以及焊后消應(yīng)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(chǎn)品的焊接質(zhì)量及生產(chǎn)進度，確保了整臺產(chǎn)品的按時交貨。對類似設(shè)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(shù)；焊接技巧；焊后熱處理無損檢測；焊接質(zhì)量

制造廠承接某化學(xué)品有限公司7萬噸/年（以100%計）過氧化氫項目的一批設(shè)備，在3000Nm3/h制氫裝置中的其中一臺鍋爐給水預(yù)熱器，是一臺U形管換熱器Ⅱ類容器，換熱管是S32168規(guī)格φ19×2.0材料，設(shè)計上面從管程、殼程的工作壓力、工作溫度、介質(zhì)特性、焊接工藝、制造成本等因素綜合考慮，圖紙設(shè)計要求管板材質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)見圖2在焊接時會出現(xiàn)冷裂紋、焊接熱影響區(qū)硬化和焊后熱處理后出現(xiàn)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(qū)和熱影響區(qū)極容易出現(xiàn)硬脆的馬氏體組織，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。導(dǎo)致焊接接頭產(chǎn)生裂紋；如果焊接線能量過大，熱影響區(qū)晶粒明顯粗化，在焊接殘余應(yīng)力作用下，焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)極容易引起再熱裂紋。所以進行過渡層焊后進行消應(yīng)力熱處理是管板堆焊焊后很重要且關(guān)鍵的工序，應(yīng)引起重視。

2　堆焊層焊接過程及質(zhì)量控制

2.1焊前預(yù)熱

由于該類鋼的淬硬傾向大，與異種鋼焊接時各區(qū)域金屬熱膨脹系數(shù)不同，如果焊接速度過大容易形成馬氏體組織，導(dǎo)致熱裂紋產(chǎn)生。因此焊前預(yù)熱非常重要。規(guī)定預(yù)熱溫度為200～250℃，在管板堆焊側(cè)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(zhì)。

（2）為了防止管板鍛件表面可能出現(xiàn)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(fù)層選用A132φ 4.0焊條。焊條應(yīng)進行200～250℃烘培1～2h保溫100℃左右，采用保溫筒領(lǐng)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(shù)見下表

表1　焊接工藝參數(shù)

（5）復(fù)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(zhì)量控制

根據(jù)HG/T20584～2011《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》第8章：焊后消除應(yīng)力熱處理的規(guī)定及技術(shù)要求，采用降低焊后消除應(yīng)力熱處理溫度、結(jié)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(yīng)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(xiàn)工藝的重要性及其科學(xué)性，在策劃焊接工藝方案時監(jiān)督制造廠對15CrMo管板堆焊按NB/T47014～2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》規(guī)定及要求進行焊接工藝評定。按同產(chǎn)品工藝路線進行工藝評定試驗。分別對試件過渡層、復(fù)層逐層做100%PT檢測，評定Ⅰ級合格；依據(jù)耐蝕堆焊工藝評定檢驗要求與結(jié)果評價規(guī)則進行彎曲（側(cè)面）試驗；4個側(cè)彎試件彎曲180°以后在拉伸面上的堆焊層內(nèi)無任何開口缺陷；在熔合線內(nèi)沒有＞3mm的開口缺陷；化學(xué)成分分析測定方法按7.3.1.3.2要求，測定數(shù)據(jù)如下：

表2：堆焊層化學(xué)成分

測定堆焊機加工表面至熔合線距離為3.5mm，經(jīng)比對評定的化學(xué)成分數(shù)據(jù)符合產(chǎn)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(guī)程》.

［3］《焊接操作技術(shù)速查手冊》朱學(xué)忠編.

［4］《焊接手冊》中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編.