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1、河南開祥化工有限公司甲醇聯合裝置建筑安裝工程15CrMo鉻鉬鋼管道焊接及熱處理施工方案中國化學工程第十四建設公司二OO四年十一月二十八日目 錄1、工程概況2、編制依據3、15CrMo耐熱鋼管道焊接性分析4、焊接人員和焊接設備要求5、焊工代號、焊接材料管理6、焊接準備7、焊接及熱處理施工程序8、焊接及熱處理工藝9、焊接檢查10、焊接和熱處理防護措施11、質量保證措施12、安全保證措施1、 工程概況20萬噸/年甲醇聯合裝置部分工藝管道采用了15CrMo耐熱鋼材質，15CrMo管道可焊性較差，需焊前預熱，焊后要求進行熱處理。15CrMo管道的焊接是本裝置焊接施工的難點這一。施工時必須由具備15CrM2、o管道焊接資格和經驗的優秀焊工施焊。焊前要求進行焊接工藝評定、焊工考試和編制出合理的焊接工藝措施。2、 編制依據2.1現場設備、工業金屬管道焊接工程施工及驗收規范（GB50236-98）2.2 鋼制壓力容器焊接工藝評定（JB4708-2000）；2.3石油化工工程鉻鉬耐鋼管道焊接技術規程（SHJ520-91）；2.4 我公司承建的多套煉油、石化、化肥和甲醇裝置焊接方案及施工經驗；2.5 我公司焊接工藝評定匯編。3、 15CrMo耐熱鋼管道焊接性分析3.1 15CrMo屬低合金珠光體耐熱鋼，具有良好的金屬抗氧化性、熱強性和抗氫蝕性能。該鋼種經正火加回火或高溫回火后的顯微組織是鐵素體加珠光體。但在3、焊接狀態下，焊接頭內往往出現貝氏體和FeC，這對耐氫蝕性能和耐高溫性能是不利的。特別是貝氏體，它是合金元素和殘余奧氏體的偏轉造成的。具有高的含碳量和顯微硬度，需要通過回火來消除。因此要求焊接必須預熱，焊后進行熱處理。預熱溫度150200，焊后熱處理溫度380720。15CrMo有一定過熱傾向，焊接過程中嚴重過熱時，焊接接頭內會出現網狀鐵素體和粗大魏氏組織，使接頭脆化。因此焊接過程中應控制焊接熱輸入（包括預熱溫度、層間溫度、焊接線能量）。15CrMo鋼焊后進行高溫回火處理可達到降低焊接接頭的硬度，促使氫從焊接區逸出，使組織穩定，改善機械和高溫性能的目的。另外15CrMo管焊后會產生很大的殘余應力4、。對耐氫蝕很不利。焊后高溫回火也可以消除焊接頭的殘余應力。3.2 控制焊接區組織轉變的進程是焊接質量控制的要點。在焊接過程中必須嚴格控制焊件的層間溫度，使其保持在預熱溫度或更高的溫度。其次要控制從層間溫度冷卻至焊接后熱處理開始的時間間隔。焊后若不能及時進行焊后熱處理，應立即進行后熱處理。15CrMo管道的化學萬分和機構性能見下表15CrMo管道化學成分和機械性能元 素 含 量 (%)CMnSiCrMoSP0.120.18040.70.170.37081.1040.550.030.035機 械 性 能b(Mpa)s(Mpa)HBAk(J/cm2)440294221871184、 焊接人員和焊接設5、備要求4.1 焊工參加15CrMo鉻鉬鋼管道焊接的焊工必須按鍋爐壓力容器焊工考試規則經過考試，取得技術監督部門頒發的焊工合格證，具備15CrMo管焊接合格項目，且具備15CrMo管焊接經驗，才能參加本工程15CrMo管道焊接施工。4.2 焊接和熱處理責任工程師本工程建立安裝質量保證體系，15CrMo管道焊接時焊接和熱處理責任工程師必須到崗。焊接責任工程師和熱處理責任工程師，應具備15CrMo管道焊接及熱處理經驗。4.3 焊接檢驗員焊接檢驗員即無損檢測人員須具備II級以上射線探傷資格證。4.4 15CrMo管道焊接人員配備計劃見表4-4 （表4-4）序號工 種人 數資 格1焊工4具備D/Ws2-6、13、14焊接合格項目2熱處理工23焊接技術員1焊接責任工程師擔任4熱處理技術員1熱處理責任工程師擔任5焊接檢查員1質檢責任工程師擔任6焊接檢驗員2具備RTII級探傷資格證4.5 焊接及熱處理設備要求及配備15CrMo管道焊接全部采用先進的ZX7-400ST型電弧焊/氬弧焊兩用直流逆變焊機。焊后使用繩型電加熱器和DWA-180KW電腦溫控設備進行熱處理。5、 焊工代號、焊接材料管理5.1 焊工代號管理l 對參與本工程施工的焊工進行統一編號。焊工代號一經確定，在施工過程中不再變動，一名焊工離崗后，與其對應的焊工代號即相應空缺。l 將具備焊工姓名、對應代號和合格項目的焊工登記表交項目部一份。l 焊7、工必須在他本人施焊的焊接接頭上，距焊縫最后收弧處20mm部位用鋼印打上本人代號。l 焊接責任工程師應作好焊接記錄，并將焊縫代號及其所焊焊工代號在焊接記錄圖上標出。5.2焊接材料管理加強焊材管理，對鉻鉬鋼管道專用焊材采取如下特殊管理措施：l 焊條的保管、烘干、發放統一由供應部門負責，供應部門設鉻鉬鋼管道專用焊材庫和焊材烘干室、配備去濕機和干濕溫度計以及溫濕度自動記錄儀使焊條庫相對溫度保持在60%以下。l 焊條分類堆放，并有明顯標識，注明焊條牌號和規格。l 根據勤務員進度和安排，焊條烘干負責人憑焊接責任工程師簽發的領用單領取焊條并進行烘干。l 焊條啟封后首先由焊條烘干負責人對焊條進行外觀檢查，確認8、合格后立即放入烘箱，經過烘干的焊條轉入恒溫箱內存放并做好記錄。l 焊工憑焊接責任工程師簽發的焊條領用卡和焊條筒去領取焊條（以根計）。l 焊工焊前核對焊條尾部的色標，確認無誤后方可使用，當班所剩焊條和焊條頭應退回洪干室，按規定重新烘干并標識，經二次烘干仍未用完的焊條不得用于正式工程。l 焊絲使用前用砂紙打磨表面的氧化膜，然后用丙酮擦洗脫脂。6、 焊接準備6.1 材料驗收對到仙的15CrMo管道及管件，除對質量證明文件和外觀進行驗收外，還應進行100%的光譜及硬度檢查，確認材質無誤和其熱處理狀態符合退火狀態供貨的要求，其硬度187HB。6.2 焊接工藝評定焊接前嚴格按公司質量保證手冊中焊接控制程序9、和熱處理控制程序要求進行焊接工藝評定。焊接工藝評定試件采用與正式焊相同的管材、焊接材料和相同的焊接條件。6.3 編制焊接及熱處理工藝規程根據焊接工藝評定報告和工程情況，編制焊接及熱處理工藝規程。6.4 焊工培訓考試焊工正式焊接前必須模擬現場條件進行練習培訓，只有通過業主主持的考試后才能上崗正式焊接。7、 焊接及熱處理施工程序15CrMo鉻鉬鋼施焊程序見圖7-1焊前準備坡口制備坡口檢測組 對預 熱定 位 焊充 氬預 熱焊 接熱處理 N 硬度檢測R T N Y U T M T 交付安裝或交付試壓 N Y（圖7-1）15CrMo鉻鉬鋼施焊程序圖8、 焊接及熱處理工藝8.1 焊接及熱處理工藝參數15C10、rMo管道焊接及熱處理工藝參數見下表8-1和表8-2：（表8-1）15CrMo焊接方法TIG+SMAW焊接材料焊 條R307焊 絲TIG-R30焊條烘干溫度時間（350-400）2h坡口加工方 法機械加工坡口角度605坡口鈍邊1.50.5焊前預熱溫度150-200焊前預熱方法電加熱法管內保護充Ar規范參數線能量適當增大，一個焊口應連續焊完層間溫度（）150-200后 熱立即300-350恒溫30min保溫緩冷焊 后熱處理熱處理溫度680-720恒溫時間min1087302199306301860加熱速度（/h）25010冷卻速度（/h）空冷（表8-2）焊接位置焊接層次焊接方法焊 材焊接電流焊接11、電壓(V)焊 接速 度(cm/min)保護氣體牌 號直徑(mm)極性電流(A)水平固定打底層TIGTIG-R302.5正接150-12013-144-6Ar氣其余層SMAWR3073.2反接90-10022-245-73.290-10022-245-73.290-10022-245-78.2 焊接及熱處理工藝要點8.2.1焊前準備為保證焊縫背面成型良好，采用了氬弧焊打底。焊道坡口兩側里外1015mm范圍內及所用焊絲都要徹底去除銹蝕、油污、結垢等雜物，直到吐現金屬光澤。施工現場設好防風雨棚，避免穿堂風和淋雨。8.2.2焊前預熱預熱的目的是減少焊件與焊縫的溫度梯度，降低焊接接頭的冷卻速度，降低溫差12、所造成的應力和淬硬組織，預熱是防止冷裂紋產生的有效措施之一。預熱采用電加熱法，在坡口兩側均勻進行，熱透而無局部過熱。預熱溫度為150-200，預熱范圍不小于100mm，加熱區以外的100mm范圍內予以保溫。8.2.3預熱后立即進行手工鎢極氬弧焊打底，打底焊應一次連續焊完。底層焊道要求焊透、成型好、焊肉厚度約3mm。8.2.4用手工電弧焊進行填充蓋面，并在保持不低于預熱溫度的條件下，將焊縫一次連續焊完。如中斷焊接，須采取后熱、緩冷等措施。再進行焊接前須檢查，確認無裂紋后按原工藝要求繼續焊接。8.2.5后熱焊完后若不能及時進行焊后熱處理，應立即進行300500、15-30min的后熱處理，保溫緩冷13、。加速氫的逸出，減少焊縫中的擴散氬，降低接頭的焊接應力，減少冷裂紋。8.2.6焊后熱處理8.2.6.1焊后熱處理是對15CrMo爐管進行高溫回火，以改善組織，提高熱強性和消除殘余應力。焊接熱處理時應編制熱處理施工技術措施，在技術措施上，要逐根列出需熱處理的管道號，并明確熱處理參數。主管技術員要按圖紙及規范編制“熱處理委托單”，隨同管段圖下發給熱處理班組，并監督執行，確保熱處理工作進行得及時、正確。熱處理的焊道應包含儀表管咀、加強管接頭，支吊裝角焊縫等，不得遺漏。8.2.6.2焊后熱處理采用（繩型電加熱器）電加熱法，用硅酸鋁纖維棉保溫，DWA-180Kw電腦溫控設備自動測溫和打印熱處理曲線。熱處14、理工藝曲線見下圖。()80070020 (0.51.0)h7006005004003002001000 0 1 2 3 4 5 時間（h）9、 焊接檢查9.1 外觀檢查外觀質量要求應符合表9-1。 （表9-1）焊縫外形尺寸焊縫表面缺陷焊縫成型焊縫余高(mm)焊縫每側增寬(mm)裂紋、氣孔、夾渣咬 邊 尺 寸深度mm長度mm與母材圓滑 過 渡022不允許0.5110%L9.2 內部檢查9.2.1對接焊縫進行100%無損檢測。射線檢測合格等級為II級。9.2.2對先進行無損檢查后進行熱處理的焊縫，焊后熱處理完成后，對熱處理焊口作10%超聲檢測，以無裂紋為合格。9.3 硬度檢測9.3 .1 15Cr15、Mo材料在焊接過程中不可避免地會產生貝氏體淬硬組織。若焊后熱處理不完善，會殘存一些淬硬組織，形成高硬度區。高硬度區的存在為脆性裂和應力腐蝕開裂提供了基礎條件。9.3.2 熱處理后，用硬度測定法對熱處理質量進行檢驗。應對焊縫、熱影響區及其附近母材分別抽檢表面布氏硬度，抽檢數量應不小于熱處理焊口總量的10%，所測硬度值應符合要求，否則，必須重新進行熱處理并做硬度測試。10、 焊接和熱處理防護措施10.1焊接須采取可靠的防風措施。10.2管道的焊接在預制平臺四周搭設大型臨時防風棚。10.3工藝管道焊接時在管口要用塑料帽封閉，焊口處用可拆移帆布擋風棚擋風。10.4熱處理時管道兩湍應封閉，防止穿堂風。116、1、 質量保證措施11.1 施工前編制焊接和熱處理工藝并以焊接和熱處理工藝卡形式向施工班組進行技術交底。11.2 焊接過程中，焊工必須嚴格遵守工藝紀律。焊接技術人員和焊接檢查員加強監督檢查，發現違規違紀現象及時予以糾正。11.3 經自檢、專檢發現的不合格焊口及時進行返修。11.4 及時做好各種焊接記錄。11.5 無損探傷人員及時反饋探傷信息，以便組織不合格焊口的返修。11.6 建立焊接質量優劣與職工收入掛鉤制度。焊接質量一貫優良的施工班組和焊工個人給予獎勵，而焊接質量較差的施工班組和焊工個人則視不合格數量給予相應處罰。12、 安全保證措施焊接施工人員除需遵守一般的安全規定外，另應注意以下幾點：12.1所有焊機必須有可靠接地；12.2管工組對時必須配帶防紫外線眼鏡；12.3進行射線探傷時，應設立警戒區，防止外人誤入被照。