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INCOLOY800HT材質管道的焊接及熱處理

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來源:INCOLOY800HT材質管道的焊接及熱處理 日期:2013-01-31 12:37:59 人氣:標簽:INCOLOY800HT材質管道的焊接及熱處理

INCOLOY800HT材質管道的焊接及熱處理

 

incoloy800ht材質管道的焊接及熱處理李雪梅     郁東鍵 (中國石化集團第四建設公司,天津 300270) 摘要:本文對incoloy800ht管道進行了焊接性分析,通過焊接工藝評定制定了合理的焊接工藝及熱處理工藝,用于指導生產,保證了焊接質量。 關鍵詞: incoloy800ht     焊接及熱處理      工藝 0前言


由于incoloy800ht具有耐高溫和高耐腐蝕性,因此在石油化工、冶金等工業中應用越來越廣泛,尤其是在高溫工況下更是得到較好的應用。如2003年,我公司施工的50萬噸/年乙苯/苯乙烯裝置中的高溫工藝管線設計采用了iincoloy800ht,其中管線的設計溫度為927℃,操作溫度844℃。設計要求,要對此材質進行焊后熱處理,以得到該溫度范圍 佳性能的晶粒度。1 incoloy800ht的焊接性分析 incoloy800ht屬于鐵鎳合金,具有耐腐蝕、高強度和耐高溫氧化性能,其化學成分及力學性能見表1。incoloy800ht焊接時易發生以下問題:                         表1 incoloy800ht的化學成分及力學性能

 

c

mn

si

s

cr

ni

fe

cu

ti

al

ti+al

 

0.06~0.10

≤1.5

≤1.0

≤0.015

19.0~23.0

30.0~35.0

≤39.5

≤0.75

0.15~0.60

0.15~0.60

0.85~1.20

抗拉強度σb (mpa)

屈服強度σs (mpa)

延伸率δ5(%)

 

≥170

≤450

≥30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

1.1熱裂紋incoloy800ht具有高的焊接熱裂紋敏感性,在弧坑處易產生火口裂紋。首先晶間液膜是引發鎳基合金單相奧氏體焊縫凝固裂紋的 主要的冶金因素。母材中硫含量小于0.015%的,配用焊絲及焊條中硫含量也應控制在0.015%以內,含硅量均需嚴格控制。必須防止上述有害元素的混入,因此焊前徹底清除含硫或鉛的一些污物是很必要的工序;選用與母材匹配的焊接材料是防止焊接熱裂紋的重要措施。另外焊接區的應變或應變速率是影響產生焊接熱裂紋的力學因素。一般情況下采用合理的裝配與焊接次序、選用較小的線能量、及時填滿弧坑等工藝措施對防止熱裂紋均是有益的。1.2焊接熱循環的影響在焊接的熱作用下,焊縫和基本金屬容易過熱,造成晶粒粗大,使接頭力學性能和耐腐蝕性能下降。焊接時應嚴格控制層間溫度。1.3焊接氣孔的敏感性incoloy800ht流動性偏低,在焊接快速冷卻的凝固條件下,極易產生氣孔;在氧化性焊接氣氛下氣孔形成機率影響更大,在還原性較大時氫氣孔也是敏感的。在焊前必須清除坡口及其附近區域的氧化皮、各種涂料油漆等,更好的防止焊縫氣孔。1.4夾渣由于incoloy800ht液態焊縫金屬流動性和潤濕性差,穿透力小,熔深淺,容易產生未焊透、夾渣、未熔合等缺陷。焊接時宜采用多層多道焊,每道焊完應進行檢查。2焊接工藝評定 2.1試件用于焊接工藝評定的incoloy800ht材料標準為asme sb-409,采用的試件是從1067×23.81mm的管上截取的一部分,具體的化學成分見表2。2.2焊材用于焊接工藝評定的焊接材料為:焊絲inconel617,規格:φ2.4;焊條inconel117,規格:φ3.2。2.3根據現場實際情況,焊接坡口采用單面v形坡口。2.4采用立焊位置焊制焊接工藝評定試板。 2.5試板經焊接、熱處理后外觀檢查合格,內部質量經x射線探傷達到jb4730-94 i 級,合格。2.6工藝評定結果我們按asme ix《焊接和釬焊評定標準》的規定檢驗試樣,測定性能,沒有發現任何缺陷,評定合格。力學性能試驗結果見表3。


  表2工藝評定用incoloy800ht材料化學成分 c mn s fe si cu ni cr al ti ti+al 0.08 0.64 0.001 47.06 0.10 0.17 30.97 19.91 0.41 0.46 0.87 表3力學性能試驗結果 試件規格(mm) 抗拉強度(mpa) 斷裂部位 試樣類型 彎心直徑(mm) 彎曲角度(゜) 試驗結果 19.2×21.6 645 母材 ∕ ∕ ∕ ∕ 19.0×21.6 600 焊道 ∕ ∕ ∕ ∕ 22×10 ∕ ∕ 側 彎 φ40 180 合格 22×10 ∕ ∕ 側 彎 φ40 180 合格 22×10 ∕ ∕ 側 彎 φ40 180 合格 22×10 ∕ ∕ 側 彎 φ40 180 合格  


3incoloy800ht的焊接及熱處理工藝    從incoloy800ht的焊接性分析可以看出,在焊接該鋼種時應注意四個基本問題:一是正確選用與母材匹配的焊接材料;二是接頭型式;三是焊前清理;四是選用合適的工藝參數。3.1焊接材料選用根據incoloy800ht鋼焊接性分析及國外做同鋼種工藝評定的施工經驗,選用與母材化學成分相近的焊材。所選用的焊材為:焊絲inconel617,焊條inconel117。氬弧焊時采用背面充氬保護,氣體流量為10 l/min ~12l/min。3.2接頭型式為保證接頭的熔透,接頭形式應選用較大的坡口角度和較小的鈍邊的形式,焊件切割及坡口加工宜采用機械方法,當采用等離子切割時,應清理其加工表面。焊接接頭采用v型坡口,坡口間隙2-3mm,接頭簡圖見圖1所示:

70゜ 2mm-3mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9  

 圖1焊接接頭型式簡圖3.3焊前清理清潔是成功焊接鎳合金的重要條件之一。焊件組對前,應對坡口兩側各50mm范圍內進行清理,油污可用丙酮脫脂,對不溶于脫脂劑的漆和其它雜物,可用氯甲烷、堿等清洗劑清洗,被壓入焊件表面的雜物可用磨削或10%鹽酸溶液清洗。并用水沖凈,干燥后方能焊接。3.4焊接工藝參數
當焊件溫度低于15℃時,應對焊縫兩側各300mm范圍內加熱至15~20℃,且應熱透,層間溫度低于100℃。氬弧焊時,電流為直流,極性為正極性,焊接電流為70a~100a,電壓為13v~18v,焊接速度5cm/min~7cm/min。手工電弧焊時,電流為直流,極性為反極性;焊接電流為80a~130a,電壓為25v~32v,焊接速度5cm/min ~10cm/min。3.5焊后熱處理當材質在855℃以上的工況下使用時,為了消除焊接殘余內應力,細化晶粒,以提高材質的高溫抗氧化性能,避免高溫時效下工作產生裂紋。焊后熱處理溫度為900℃±10℃,保溫時間為2小時,熱處理采用電阻爐進行整體熱處理。熱處理工藝參數如下表4,熱處理曲線見圖2。 表4焊后熱處理參數 熱處理 溫度(℃) 恒溫 時間 升 溫 速 度 冷卻速度 900℃±10℃ ≥2h 500℃以下,加熱速度不超過150℃/h,500℃到850℃加熱速度不超過100℃/h,850℃時恒溫0.5h,850以上,加熱速度不超過50℃/h 保溫狀態下緩冷  

0 7.5 500 t(℃ 850 900 3.5 11 8 9 t(h 保溫狀態下自然冷卻
圖2   熱處理曲線

4焊接實際應用 我們在50萬噸/年乙苯/苯乙烯裝置中的高溫工藝管線的焊接施工中,針對incoloy800ht的焊接特點,制定了正確焊接工藝,并結合焊接工藝評定編制焊接工藝指導書,用于指導生產,由于公司首次使用此種焊材,所以對所有參加施焊的焊工進行了有針對性的焊接操作技能培訓和考試。施工中,除了嚴格執行焊接工藝外,還要注意以下幾方面:(1)鎢極氬弧焊時,底層焊及第二層焊接時,焊縫背面應采取充氬保護,焊接過程中焊絲加熱端必須處于氣體保護的狀態,不能用來攪動熔池。(2)焊接時采用短弧不擺動或小擺動的操作方法。(3)對于小直徑的管子,焊接中宜采取在焊縫兩側加裝冷卻銅塊或用濕布擦拭焊縫兩側等措施,減少焊縫的高溫停留時間,增加焊縫的冷卻速度。(4)焊縫采用多層多道焊時,底層焊道完成后,應采用放大鏡檢查焊道表面;每道焊接后應徹底清除焊道表面的熔渣并進行表面檢查。(5)焊接過程中,派專人用電子測溫儀監控層間溫度。(6)熱處理時,嚴格按照設計規定的熱處理參數進行。我們通過采用以上的焊接工藝及措施,在50萬噸/年乙苯/苯乙烯裝置高溫工藝管線施工中,一次焊接合格率達到99%。   參考文獻:1     焊接手冊 機械工業出版   1992 1    asme ix 焊接和釬焊評定標準   2002版
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