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15CrMo铬钼钢管道焊接及热处理施工方案

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河南开祥化工有限公司甲醇联合装置建筑安装工程
15CrMo铬钼钢管道
焊接及热处理施工方案

中国化学工程第十四建设公司
二OO四年十一月二十八日
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目 录
1、工程概况……………………………………………………………
2、编制依据……………………………………………………………
3、15CrMo耐热钢管道焊接性分析…………………………………
4、焊接人员和焊接设备要求…………………………………………
5、焊工代号、焊接材料管理…………………………………………
6、焊接准备……………………………………………………………
7、焊接及热处理施工程序……………………………………………
8、焊接及热处理工艺…………………………………………………
9、焊接检查……………………………………………………………
10、焊接和热处理防护措施…………………………………………
11、质量保证措施……………………………………………………
12、安全保证措施……………………………………………………
1、 工程概况
20万吨/年甲醇联合装置部分工艺管道采用了15CrMo耐热钢材质，15CrMo管道可焊性较差，需焊前预热，焊后要求进行热处理。15CrMo管道的焊接是本装置焊接施工的难点这一。施工时必须由具备15CrMo管道焊接资格和经验的优秀焊工施焊。焊前要求进行焊接工艺评定、焊工考试和编制出合理的焊接工艺措施。
2、 编制依据
2.1《现场设备、工业金属管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236-98）
2.2 《钢制压力容器焊接工艺评定》（JB4708-2000）；
2.3《石油化工工程铬钼耐钢管道焊接技术规程》（SHJ520-91）；
2.4 我公司承建的多套炼油、石化、化肥和甲醇装置《焊接方案》及施工经验；
2.5 我公司《焊接工艺评定汇编》。
3、 15CrMo耐热钢管道焊接性分析
3.1 15CrMo属低合金珠光体耐热钢，具有良好的金属抗氧化性、热强性和抗氢蚀性能。该钢种经正火加回火或高温回火后的显微组织是铁素体加珠光体。但在焊接状态下，焊接头内往往出现贝氏体和FeC，这对耐氢蚀性能和耐高温性能是不利的。特别是贝氏体，它是合金元素和残余奥氏体的偏转造成的。具有高的含碳量和显微硬度，需要通过回火来消除。因此要求焊接必须预热，焊后进行热处理。预热温度150~200℃，焊后热处理温度380~720℃。
15CrMo有一定过热倾向，焊接过程中严重过热时，焊接接头内会出现网状铁素体和粗大魏氏组织，使接头脆化。因此焊接过程中应控制焊接热输入（包括预热温度、层间温度、焊接线能量）。
15CrMo钢焊后进行高温回火处理可达到降低焊接接头的硬度，促使氢从焊接区逸出，使组织稳定，改善机械和高温性能的目的。另外15CrMo管焊后会产生很大的残余应力。对耐氢蚀很不利。焊后高温回火也可以消除焊接头的残余应力。
3.2 控制焊接区组织转变的进程是焊接质量控制的要点。在焊接过程中必须严格控制焊件的层间温度，使其保持在预热温度或更高的温度。其次要控制从层间温度冷却至焊接后热处理开始的时间间隔。焊后若不能及时进行焊后热处理，应立即进行后热处理。
15CrMo管道的化学万分和机构性能见下表
15CrMo管道化学成分和机械性能
元 素 含 量 (%)
C
Mn
Si
Cr
Mo
S
P
0.12~0.18
04~0.7
0.17~0.37
08~1.1
04~0.55
≤0.03
≤0.035
机 械 性 能
σb(Mpa)
σs(Mpa)
δ
HB
Ak(J/cm2)
≥440
≥294
22
≤187
118
4、 焊接人员和焊接设备要求
4.1 焊工
参加15CrMo铬钼钢管道焊接的焊工必须按《锅炉压力容器焊工考试规则》经过考试，取得技术监督部门颁发的焊工合格证，具备15CrMo管焊接合格项目，且具备15CrMo管焊接经验，才能参加本工程15CrMo管道焊接施工。
4.2 焊接和热处理责任工程师
本工程建立安装质量保证体系，15CrMo管道焊接时焊接和热处理责任工程师必须到岗。焊接责任工程师和热处理责任工程师，应具备15CrMo管道焊接及热处理经验。
4.3 焊接检验员
焊接检验员即无损检测人员须具备II级以上射线探伤资格证。
4.4 15CrMo管道焊接人员配备计划见表4-4
（表4-4）
序号
工 种
人 数
资 格
1
焊工
4
具备D/Ws2-13、14焊接合格项目
2
热处理工
2

3
焊接技术员
1
焊接责任工程师担任
4
热处理技术员
1
热处理责任工程师担任
5
焊接检查员
1
质检责任工程师担任
6
焊接检验员
2
具备RTII级探伤资格证
4.5 焊接及热处理设备要求及配备
15CrMo管道焊接全部采用先进的ZX7-400ST型电弧焊/氩弧焊两用直流逆变焊机。焊后使用绳型电加热器和DWA-180KW电脑温控设备进行热处理。
5、 焊工代号、焊接材料管理
5.1 焊工代号管理
l 对参与本工程施工的焊工进行统一编号。焊工代号一经确定，在施工过程中不再变动，一名焊工离岗后，与其对应的焊工代号即相应空缺。
l 将具备焊工姓名、对应代号和合格项目的焊工登记表交项目部一份。
l 焊工必须在他本人施焊的焊接接头上，距焊缝最后收弧处20mm部位用钢印打上本人代号。
l 焊接责任工程师应作好焊接记录，并将焊缝代号及其所焊焊工代号在焊接记录图上标出。
5.2焊接材料管理
加强焊材管理，对铬钼钢管道专用焊材采取如下特殊管理措施：
l 焊条的保管、烘干、发放统一由供应部门负责，供应部门设铬钼钢管道专用焊材库和焊材烘干室、配备去湿机和干湿温度计以及温湿度自动记录仪使焊条库相对温度保持在60%以下。
l 焊条分类堆放，并有明显标识，注明焊条牌号和规格。
l 根据勤务员进度和安排，焊条烘干负责人凭焊接责任工程师签发的领用单领取焊条并进行烘干。
l 焊条启封后首先由焊条烘干负责人对焊条进行外观检查，确认合格后立即放入烘箱，经过烘干的焊条转入恒温箱内存放并做好记录。
l 焊工凭焊接责任工程师签发的焊条领用卡和焊条筒去领取焊条（以根计）。
l 焊工焊前核对焊条尾部的色标，确认无误后方可使用，当班所剩焊条和焊条头应退回洪干室，按规定重新烘干并标识，经二次烘干仍未用完的焊条不得用于正式工程。
l 焊丝使用前用砂纸打磨表面的氧化膜，然后用丙酮擦洗脱脂。
6、 焊接准备
6.1 材料验收
对到仙的15CrMo管道及管件，除对质量证明文件和外观进行验收外，还应进行100%的光谱及硬度检查，确认材质无误和其热处理状态符合退火状态供货的要求，其硬度≤187HB。
6.2 焊接工艺评定
焊接前严格按公司《质量保证手册》中《焊接控制程序》和《热处理控制程序》要求进行焊接工艺评定。焊接工艺评定试件采用与正式焊相同的管材、焊接材料和相同的焊接条件。
6.3 编制焊接及热处理工艺规程
根据焊接工艺评定报告和工程情况，编制焊接及热处理工艺规程。
6.4 焊工培训考试
焊工正式焊接前必须模拟现场条件进行练习培训，只有通过业主主持的考试后才能上岗正式焊接。
7、 焊接及热处理施工程序
15CrMo铬钼钢施焊程序见图7-1

焊前准备

坡口制备

坡口检测

组 对

预 热

定 位 焊

充 氩

预 热

焊 接

热处理

N 硬度检测

R T

N

Y
U T

M T

交付安装或交付试压
N Y

（图7-1）15CrMo铬钼钢施焊程序图

8、 焊接及热处理工艺
8.1 焊接及热处理工艺参数
15CrMo管道焊接及热处理工艺参数见下表8-1和表8-2：
（表8-1）
15CrMo
焊接方法
TIG+SMAW
焊接材料
焊 条
R307
焊 丝
TIG-R30
焊条烘干温度×时间
（350-400）×2h
坡口加工
方 法
机械加工
坡口角度
60±5°
坡口钝边
1.5±0.5°
焊前预热温度℃
150-200
焊前预热方法
电加热法
管内保护
充Ar
规范参数
线能量适当增大，一个焊口应连续焊完
层间温度（℃）
≥150-200
后 热
立即300-350℃恒温30min保温缓冷
焊 后
热处理
热处理温度℃
680-720
恒温时间min
φ108×7
30
φ219×9
30
φ630×18
60
加热速度（℃/h）
250±10
冷却速度（℃/h）
空冷

（表8-2）
焊接
位置
焊接
层次
焊接
方法
焊 材
焊接电流
焊接
电压
(V)
焊 接
速 度
(cm/min)
保护
气体
牌 号
直径
(mm)
极
性
电流
(A)
水平
固定
打底层
TIG
TIG-R30
φ2.5
正接
150-120
13-14
4--6
Ar气
其余层
SMAW
R307
φ3.2
反
接
90-100
22-24
5--7
φ3.2
90-100
22-24
5--7
φ3.2
90-100
22-24
5--7
8.2 焊接及热处理工艺要点
8.2.1焊前准备
为保证焊缝背面成型良好，采用了氩弧焊打底。焊道坡口两侧里外10~15mm范围内及所用焊丝都要彻底去除锈蚀、油污、结垢等杂物，直到吐现金属光泽。施工现场设好防风雨棚，避免穿堂风和淋雨。
8.2.2焊前预热
预热的目的是减少焊件与焊缝的温度梯度，降低焊接接头的冷却速度，降低温差所造成的应力和淬硬组织，预热是防止冷裂纹产生的有效措施之一。预热采用电加热法，在坡口两侧均匀进行，热透而无局部过热。预热温度为150-200℃，预热范围不小于100mm，加热区以外的100mm范围内予以保温。
8.2.3预热后立即进行手工钨极氩弧焊打底，打底焊应一次连续焊完。底层焊道要求焊透、成型好、焊肉厚度约3mm。
8.2.4用手工电弧焊进行填充盖面，并在保持不低于预热温度的条件下，将焊缝一次连续焊完。如中断焊接，须采取后热、缓冷等措施。再进行焊接前须检查，确认无裂纹后按原工艺要求继续焊接。
8.2.5后热
焊完后若不能及时进行焊后热处理，应立即进行300~500℃、15-30min的后热处理，保温缓冷。加速氢的逸出，减少焊缝中的扩散氩，降低接头的焊接应力，减少冷裂纹。
8.2.6焊后热处理
8.2.6.1焊后热处理是对15CrMo炉管进行高温回火，以改善组织，提高热强性和消除残余应力。焊接热处理时应编制热处理施工技术措施，在技术措施上，要逐根列出需热处理的管道号，并明确热处理参数。主管技术员要按图纸及规范编制“热处理委托单”，随同管段图下发给热处理班组，并监督执行，确保热处理工作进行得及时、正确。热处理的焊道应包含仪表管咀、加强管接头，支吊装角焊缝等，不得遗漏。
8.2.6.2焊后热处理采用（绳型电加热器）电加热法，用硅酸铝纤维棉保温，DWA-180Kw电脑温控设备自动测温和打印热处理曲线。热处理工艺曲线见下图。
(℃)
800

700℃±20℃× (0.5～1.0)h

700

600

500

400

300

200

100

0

0 1 2 3 4 5 时间（h）
9、 焊接检查
9.1 外观检查
外观质量要求应符合表9-1。
（表9-1）
焊缝外形尺寸
焊缝表面缺陷
焊缝成型
焊缝余高
(mm)
焊缝每侧增宽(mm)
裂纹、气
孔、夹渣
咬 边 尺 寸
深度mm
长度mm
与母材圆
滑 过 渡
0~2
≤2
不允许
＜0.5
Σ1≤10%L
9.2 内部检查
9.2.1对接焊缝进行100%无损检测。射线检测合格等级为II级。
9.2.2对先进行无损检查后进行热处理的焊缝，焊后热处理完成后，对热处理焊口作10%超声检测，以无裂纹为合格。
9.3 硬度检测
9.3 .1 15CrMo材料在焊接过程中不可避免地会产生贝氏体淬硬组织。若焊后热处理不完善，会残存一些淬硬组织，形成高硬度区。高硬度区的存在为脆性裂和应力腐蚀开裂提供了基础条件。
9.3.2 热处理后，用硬度测定法对热处理质量进行检验。应对焊缝、热影响区及其附近母材分别抽检表面布氏硬度，抽检数量应不小于热处理焊口总量的10%，所测硬度值应符合要求，否则，必须重新进行热处理并做硬度测试。
10、 焊接和热处理防护措施
10.1焊接须采取可靠的防风措施。
10.2管道的焊接在预制平台四周搭设大型临时防风棚。
10.3工艺管道焊接时在管口要用塑料帽封闭，焊口处用可拆移帆布挡风棚挡风。
10.4热处理时管道两湍应封闭，防止穿堂风。
11、 质量保证措施
11.1 施工前编制焊接和热处理工艺并以焊接和热处理工艺卡形式向施工班组进行技术交底。
11.2 焊接过程中，焊工必须严格遵守工艺纪律。焊接技术人员和焊接检查员加强监督检查，发现违规违纪现象及时予以纠正。
11.3 经自检、专检发现的不合格焊口及时进行返修。
11.4 及时做好各种焊接记录。
11.5 无损探伤人员及时反馈探伤信息，以便组织不合格焊口的返修。
11.6 建立焊接质量优劣与职工收入挂钩制度。焊接质量一贯优良的施工班组和焊工个人给予奖励，而焊接质量较差的施工班组和焊工个人则视不合格数量给予相应处罚。
12、 安全保证措施
焊接施工人员除需遵守一般的安全规定外，另应注意以下几点：
12.1所有焊机必须有可靠接地；
12.2管工组对时必须配带防紫外线眼镜；
12.3进行射线探伤时，应设立警戒区，防止外人误入被照。