淺談TP321 厚壁管道焊接

徐婧 蒲宗汶

石油天然氣蘭州工程質量監督站 甘肅蘭州 730060

1 工程概況

某石化蠟油加氫裂化裝置中氫氣管線主要采用TP321 不銹 鋼 管 道， 規 格 分 別 為Φ457×40mm、Φ508×50mm、Φ560×54mm 等三種，設計壓力：14.3-16.05MPa，設計溫度：405-454℃，全部屬于SHA 級管道。

2 TP321 厚壁管道焊接工藝

2.1 TP321 厚壁管道焊接工藝原理

由于TP321 不銹鋼材料含有一定量的穩定化元素Ti、Nb，所以采用的焊接材料中也含有一定量的穩定化元素Ti 或Nb，減少了晶間鉻的碳化物析出[1]。

2.2 TP321 厚壁管道焊接過程

2.2.1 焊前準備

編制管道焊接施工方案，并進行交底；編制焊接工藝評定報告和焊接工藝規程（焊接作業指導書）；選擇合格的焊工，并進行培訓；焊材、焊接設備和工機具的準備。

2.2.2 焊材的進場驗收

檢查焊材質量證明文件是否齊全，是否符合訂貨合同及產品標準要求；標志標識是否清晰明顯，標記內容是否齊全；外觀質量是否符合訂貨合同、產品標準及施工驗收規范要求；是否依據國家標準要求對焊材進行了復檢等[2]。

2.2.3 坡口加工

本工程中，TP321 厚壁管線壁厚40-66mm，現場采用的坡口形式及尺寸如下圖1：

坡口采用機械緩慢加工，坡口邊緣及其兩邊50mm 范圍內的油脂、雜物等應清除干凈，使之露出金屬光澤，不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。

2.2.4 組對

壁厚相同的管子或管件組對時，其內壁應平齊，外壁錯變量不應大于2mm；壁厚不同的管子或管件組對時，將厚壁側按1：4 的斜率進行打磨。組對前，檢查坡口表面及其兩側20mm 范圍內是否有氧化物、油污、毛刺和其他有害雜質。SHA 級管道組對錯邊量為壁厚的10%，且不大于0.5mm。內壁差0.5mm 或外壁差2mm。

2.2.5 焊接

（1）焊接方法：鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面，背面沖氬保護。

（2）焊接工藝參數。①層數：1、2；焊接方：GTAW；焊接材料：ER347；焊材規格：2.4mm；電源極性：DCEN；焊接電流：80-130A；焊接電壓：12-14V；焊接速度：6-10cm/min。②層數：3、4；焊接方：SMAW；焊接材料：ER347-15；焊材規格：3.2mm；電源極性：DCEP；焊接電流：80-110A；焊接電壓：22-25V；焊接速度：8-12cm/min。③層數：5 層以上；焊接方：SMAW；焊接材料：ER347-15；焊材規格：4.0mm；電源極性：DCEP；焊接電流：120-150A；焊接電壓：24-26V；焊接速度：10-15cm/min。

（3）沖氬保護。正面保護氣體：Ar、99.99%、10-15L/min /6-10L/min

（4）預熱及層間溫度控制。根據焊接工藝規程，焊接前的預熱沒有要求，所以焊前預熱不是質量控制的要點，關鍵是層間溫度的控制，現場須不定時的抽查，確保層間溫度控制在100℃以內。

（5）操作要點。焊接過程中必須采用小電流、短電弧、不擺動、窄焊道、多層多道焊、層間接頭錯開，嚴格控制焊接線能量和層間溫度。

（6）施焊環境。奧氏體不銹鋼焊接環境溫度應不低于-5℃。

電弧焊焊接時，風速不應等于或大于8m/s，氣體保護焊焊接時，風速不應等于或大于2m/s。

下雨、下雪或相對濕度不應大于90%

2.2.6 焊后穩定化熱處理

焊接完成后對焊縫整體熱處理，具體熱處理工藝參數：

加熱方法：電加熱；

加熱范圍：以焊縫中心線為基準，每側不小于焊縫寬度的3 倍；

熱處理溫度：900±10℃；

恒溫時間：2 小時；

升溫速度：300℃以上時為≤120℃/h；

冷卻速度：700℃以上時為≤100℃/h

冷卻方式：700℃以下時空冷

焊后穩定化熱處理是管道焊接質量控制的重要工序。

2.3 焊后檢驗

2.3.1 外觀檢驗

焊縫外觀質量不允許有表面裂紋，氣孔，夾渣及熔合性飛濺，不允許有咬邊及表面凹陷，表面余高小于1+0.05B，且不大于3mm，錯邊小于0.1s，且不大于2mm。

2.3.2 無損檢測

根據焊接工藝評定的要求，需做以下檢測：

焊接完成后進行100% 的RT 檢測，Ⅱ級合格；100% 的PT檢測，I級合格；穩定化熱處理后進行100% 的RT 檢測，Ⅱ級合格；100% 的PT 檢測，I級合格。

2.3.3 強度/ 嚴密性試驗

強度試驗可檢查焊接接頭的致密性和焊接接頭的強度，是對整體焊接質量的綜合性考核；嚴密性試驗主要用來發現貫穿性裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等缺陷[3]。

3 結語

本工程TP321 厚壁管道焊接施工前，建設單位召集各參建單位焊接和熱處理專家，經過討論分析和焊接試驗，總結出了該焊接工法，并付諸實施。