P9-P11耐热钢炉管焊接

P9\\P11耐热钢炉管焊接

摘要 : 耐热钢材质炉管普遍应用在石油化工装置中，结合上海石化60万吨/年芳烃联合装置及其配套工程中四合一重整炉的实际施工，从焊接特点、焊接工艺和质量控制等方面阐述了耐热钢炉管P9与P9、P9与P11及P11与P11的焊接。

关键词:P9、P11耐热钢炉管焊接

石油化工装置加热炉由于苛刻的操作条件，炉管长期在高温下运行，炉管材质一般选用P9、P11、Cr5Mo等耐热钢，以满足炉管长期安全运行的要求。以下结合上海石化60万吨/年芳烃联合装置及其配套工程中四合一重整炉的焊接实践，简要阐述耐热钢炉管P9与P9、P9与P11及P11与P11的焊接。

1 四合一重整炉炉管焊接工程简述

上海石化60万吨/年芳烃联合装置及其配套工程中四合一重整炉（方箱炉）炉管材质为P9、P11耐热钢。炉管现场焊接工作量见表1：

表1炉管焊接要求

2 耐热钢材质的焊接特点

耐热钢在高温下具有化学稳定性和足够的强度，并有抗气体腐蚀的能力，根据化学成分和显微组织，P9、P11、Cr5Mo等材质属于珠光体耐热钢。

珠光体耐热钢不含Ni,含Cr不多，还有其他合金元素，如Mo、V、Nb、W等。由于

钢中碳和合金元素的共同作用，在焊接时极易形成淬硬组织，可焊性差，焊接时易产生冷裂纹，再热裂纹和回火脆性，所以要求焊前预热，焊后回火处理。

为防止产生焊接裂纹，焊接操作时应尽可能的采用多道焊、小电流和窄焊道，不摆动或小幅度摆动电弧。焊道的宽度以不超过焊条直径的三倍为宜，并严格按要求进行焊前预热和焊后热处理。

耐热钢（特别是P9）的焊接难点在于如何控制打底层的焊接质量。由于耐热钢合金含量较高，熔池流动性较差导致不宜焊透，且打底层容易在焊接高温下产生氧化而失效。因此，当采用钨极氩弧焊进行打底焊接时，管内填充氩气或氮气保护，是取得良好的焊接接头的必要条件。

3 焊接方法、设备和焊接材料的选择

为确保炉管焊接质量，提高焊接一次合格率，炉管焊接一般采用手工钨极氩弧焊打底焊接、手工电弧焊进行填充和盖面焊接；焊接设备选用ZX5-400可挖硅整流弧焊机可保证焊接参数的稳定性；焊接材料选用见表2：

表2焊接材料

4 焊接工艺要求

4.1一般规定

4.1.1焊接环境出现如下情况时，必须采用棚布遮挡，加热等措施，否则禁止施焊。

⑴风速：氩弧焊时大于2m/s，手工电弧焊时大于8m/s。

⑵下雨，下雪，大雾时。

⑶空气相对湿度大于90%时。

4.1.2 钨极氩弧焊采用铈钨棒。使用氩气的纯度应该在99.95%以上。

4.1.3坡口准备

4.1.3.1坡口加工：采用氧乙炔焰进行加工坡口，焊缝的坡口型式及尺寸符合焊接工艺卡的要求。对于合金钢坡口，必须打磨火焰加工产生的淬硬层（坡口处约为5mm）。

4.1.3.2 坡口清理和检验

施焊前需用角向磨光机（内表面用轴向磨光机）将坡口内外两侧表面20mm范围内的油、漆、锈、垢、毛刺等清理干净，且不得有裂纹、夹层等缺陷。

4.1.3.3 焊口组对要求

⑴ 为避免附加应力的产生，施焊前严禁强行组对。

⑵ 管子或管件对接焊缝组对时，内壁应齐平，内壁错边量≤壁厚的10%，且不大于2mm。

⑶ 焊接时，管内不得有穿堂风，可用布条包扎管口两端。

4.2焊接工艺及要求

4.2.1所有炉管对接焊口均采用氩弧焊打底，手工电弧焊填充、盖面；

4.2.2定位焊应采用与根部焊道相同的焊接方法和焊接工艺，并由考试合格的焊工担任。

4.2.3材质为P9及P11炉管的焊接，氩弧焊打底时管道内侧应充氩气保护，以防止打底层氧化。内充氩气保护方式如图1所示，氩气流量为12～14L/min。

4.2.4在焊接根部焊道时，应对焊焊缝进行检查，当发现缺陷时应处理后方可施焊。

4.2.5焊接操作要点

⑴ 焊接前应检查焊接极性，调试好焊接电流、电弧电压等参数，焊接工艺参数要求见表3：

⑵ 引弧应在坡口内进行，严禁在坡口外母材上引弧。

⑶ 焊接根部焊道应保证焊透且熔合良好。对于合金钢根部焊接，收口时应将内部保护气流量调低至3～5L/min，以防止因内压过大引起收口焊道内凹。填充层管内宜保持保护气流量3～5L/min，防止打底层温度过高而焊道氧化。

⑷手工电弧焊时，宜采用短弧连续焊，以避免空气进入熔池而产生气孔。收弧应避免在障碍位置。且应填满弧坑。

⑸焊前须预热。预热方法可采用绳式加热器进行加热。各材质炉管预热温度及层间温度要求见表4：

⑹预热温度等用红外线测温仪进行测量。预热范围从焊缝中心向两侧各不小于3倍壁厚，且不小于50mm。达到预热温度后立即进行打底焊，并一次连续焊完。填充和盖面焊应在保持不低于预热温度的条件下，每条焊缝一次连续焊完。如因故确需中断焊接，应采取缓冷措施。收弧应填满弧坑。层间接头应错开20mm以上。

⑺对于1Cr5Mo、P9，焊缝焊完后应立即进行15min、300～350℃的热处理，然后保温缓冷。异种钢接头按合金钢含量较高的材质工艺要求进行。

表3焊接工艺参数

表4P9、P11炉管温度要求

4.2.6焊后热处理

⑴炉管1Cr5Mo、P9、P11需要焊后热处理。热处理工艺参数要求见表5：

表5P9、P11炉管温度要求

⑵加热方法应采用电加热，10KW或5KW绳式加热器进行加热，DWK-D型智能温度控制仪控制温度，长图式打点自动记录仪记录温度，硅酸铝保温棉进行保温，K型热电偶测量温度。

⑶热处理的加热范围应为以焊缝中心为基准、两侧各不小于50mm的区域，加热区以

外的100mm范围应予以保温。

⑷测温点应设置在加热区内且至少一点。热电偶应使用铁丝绑紧在加热区内（也可焊接固定）。加热应均匀，恒温时加热区内任意两点温度差低于50℃,且不超过热处理的温度范围。

⑸为防止热处理高温引起管道因自重而产生的变形，热处理前应采取支撑措施。

⑹热处理后，首先确认热处理自动记录曲线，然后在同一截面上的焊缝，热影响区及母材上各取一点测定硬度值，每道口不少于一处。

⑺硬度测定法检查热处理质量，焊缝及热影响区所测硬度值应符合以下要求：P9:HB≤241;P11 HB≤225为合格。热处理曲线异常，且被查部位的硬度值超过规定范围时，应按班次作加倍复检，对不合格的焊缝应重新做热处理并测量硬度直至符合要求。

4.2.7为发现可能产生的冷裂纹（延迟裂纹），耐热钢焊口在焊接24h后才能进行无损检测。在热处理后有必要对焊口进行100%渗透探伤和100%射线探伤检查，以检测可能产生的再热裂纹。

5. 结论

P9、P11耐热钢炉管焊接只要严格遵循上述焊接工艺要求，焊接熟练掌握耐热钢的炒作技术，可以获得良好的焊接接头。