乙烯裂解爐對(duì)流段p91爐管焊接工藝評(píng)定及其應(yīng)用

1、2 0 0 4正 第 2 期 管技 5設(shè)備P i D e l i n eT e c h n i o u ea n dE Q u i p me n tN o ． 2乙烯 裂解 爐對(duì) 流 段 P g l 爐 管 焊接 工 藝評(píng) 定及 其 應(yīng)用 邱 毅強(qiáng) ， 陳孫 藝 ( 中國(guó)石化茂名石化機(jī)械廠， 廣東 茂名 5 2 5 0 2 4 )摘要 ： 對(duì)于 P g l 鋼 ， 焊前預(yù)熱是 必要 的 ， 通 過(guò)試驗(yàn)研 究 了焊接 線能量對(duì) P

2、9 1 鋼 焊接 接 頭沖 擊韌 性 的影響 ， 焊接線能量控制在 1 2 ～1 5l ( ． I 以內(nèi)， 并控制層 間溫度 ， 能獲得 良好的焊接接 頭。根據(jù)焊接接 頭的力學(xué)性能檢驗(yàn)， 規(guī)定回火參數(shù)為 2 1 是合理的。并依此制定工藝， 成功地完成 了該鋼種在 3臺(tái)乙烯裂解 爐 中的焊接 應(yīng) 用。關(guān)鍵 詞 ： 裂解爐 ； P 9 1 ； 焊接工藝 中圖分類號(hào) ： T E 9 7 3 ． 3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： B文章 編號(hào) ： 1 0 0

3、4 —9 6 1 4 ( 2 0 0 4 ) 0 2 一 O 0 2 7 — 0 4Q u a l i f i c a t i o na n dA p p l i c at i o no fWe l ~a gP r o c e d u r eo fP 9 1S t e e lUs e df o rEt h y l e n eCr a c k i n gFu r n a c eTu b eQ I UY i - q i a n g ， C

4、HE NS u n - y i( M a o m i n gP e t r o c h e m i c a lM a c h i n e r yP l a n t ， M a o m in g5 2 5 0 2 4 ， C h i n a )Ab s t r a c t ： I ti sn e c e s s a r y , t h a twe l dp r e h e a t i n gf o r1 9 1s t e e 1 ． T

5、h er e l a t i o nb e t w e e ni mp a c tt o u g h n e s sw i t hwe l d i n gh e a ti n p u th a sb e e ns t u d i e db yt e s t i n g ． G o o dj o i n tm a yb eo b t a i n e dw h e nw e l d i n gh e a ti n p u ti s1 2～1

6、 5k Ja n di n t e r p o s et e m p e r a t u r ei sc o n t r o l l e d ． T e m p erp a—r a m e t e re q u a lt o2 1i sg o o df o rm e c h a n i c a lp r o p e r t yo f j o i n t ． T hew e l d i n gp r o c e d u r eh a sb

7、 ee ns u c c e s s f u U yu s e dt ow e l d1 9 1s t e e li nt h r e ee t hy l e n ec r a c k i n g f l M - n a e e s ．Ke yW o r d s ： C r a c k i n gF u r a n c e ； 1 9 1 ； W e l d i n gP r o c e d u r e1引言 承制的乙烯裂解爐對(duì)流段 中

8、一組爐管采用了 P 9 1( A S M ES A 3 3 5P g 1 ) 材料 ， 規(guī)格為 中1 6 8X2 4 ， 設(shè)計(jì)壓力 為 1 3 ． 1M P a ， 設(shè)計(jì) 溫度 為 5 4 0c C． P 9 1 是 9 C r 一1 M o 鋼 的一種改進(jìn)型鋼種， 屬于馬氏體耐熱鋼， 具有 良好 的 抗高溫氧化性、 較高 的高溫強(qiáng)度和優(yōu) 良的耐腐蝕性 能。在 國(guó)外 ， P 9 1 管材 已逐 步取代 T P 3 0 4 不銹 鋼及 1

9、 2 C r M o V鋼等管材 ， 作為奧 氏體耐熱鋼的換代材料廣 泛用于高溫領(lǐng)域， 但 國(guó)內(nèi)在石化裝置上應(yīng)用剛起步。另外， 在同樣的工作條件下 ， P 9 1 鋼與 P 2 2 ， X 2 2等不同 類型的傳統(tǒng) C r — M o 鋼相 比， 由于 自身強(qiáng)度高而所需 的設(shè)計(jì)壁厚較小， 可 以減輕結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。但是 ，P 9 1 合金元素含量高， 淬硬性大， 可焊性差， 焊接難度 大 。2 材料焊 接性分析 試驗(yàn)用材料采用從 日本

10、進(jìn) 口 P 9 1 鋼管 ， 規(guī)格 為 中1 6 8X2 4 ， 其化學(xué)成分如表 1 ， 力學(xué)性能如表 2 。2 ． 1 熱裂性 熱裂紋產(chǎn)生的主要原 因是焊縫 中低熔點(diǎn)硫 、 磷共 收稿 日期 ： 2 0 0 3 — 0 9 — 2 3收修改稿 日期 ： 2 0 0 3 —1 1 — 2 4晶物和低熔點(diǎn) 的金屬共晶物在 晶界區(qū)的析出形成液 態(tài)膜殘 留下來(lái) ， 受到焊接收縮應(yīng)力的作用而發(fā)生的。從 P g l 的化學(xué)成分來(lái)看 ， 雖然其雜質(zhì)

11、元素 S和 P的含 量較低 ， 但應(yīng)考慮因合金元素的偏析和焊材成分可能 帶來(lái)的不利影響， 同時(shí) ， 管壁較厚引起拘束度的增大，從而可能使其產(chǎn)生一定的熱裂傾向。表 1P 9 1 的化學(xué)成分 ％6 b ／ M P a／ M P a5H BA k／ J ( 2 0o C)≥2 0≤2 5 0t >4 12 92 加 8 7標(biāo)準(zhǔn)值 ≥5 8 5t >4 1 5復(fù)檢值 7 5 66 1 22 ． 2 冷裂性 P 9 1 鋼的

12、 c r ， M o 等合金元素的含量較高， 按碳當(dāng)維普資訊 http://www.cqvip.com 第2 期邱 毅 強(qiáng) 等： 乙 烯 裂 解 爐 對(duì) 流 段P 9 1 爐管 焊 接工 藝 評(píng) 定 及 基 墮— —上一般通過(guò)斜 Y型坡 L I 焊接裂紋試驗(yàn)并結(jié)合具體條 件來(lái)加以確定。試驗(yàn)用 P 9 1 鋼管壁厚 2 4m m， 進(jìn)行常 溫和不 同預(yù)熱 溫度下 的斜 Y型坡 口焊 接 裂紋抗 裂試 驗(yàn) ， 試 驗(yàn)選 用 焊 接規(guī) 范 ：

13、 E=1 3 ． 1k J ／ c m( ， =1 4 0A， U： l 4v．=9e r a ／ r a i n ) ， 焊后 試 樣放 置 4 8h ， 用 著 色探 傷檢查焊縫表面和用低倍光學(xué)顯微鏡觀察其斷面， 其 表面裂紋率和斷面裂紋率如表 4 所示。表 4 抗裂性試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果， 焊前預(yù)熱溫度 2 5 0o C 可滿足要求。P g l 鋼管壁較厚， 采用多層多道焊， 在焊接過(guò)程中 隨著 焊 道數(shù) 的增 加 ， 焊縫 金

14、屬 的擴(kuò)散 氫 量也 增加 ， 為 避免氫的聚集產(chǎn)生裂紋 ， 焊接過(guò)程中必須保持與預(yù)熱 溫度 相同的層間溫度 。3 。 5 焊接熱 輸入量的選擇 為了研究焊接熱輸入對(duì)焊接接頭韌性的影響， 分 別采用 l 0～4 0k J ／ c m以每 1 0k J ／ c m一個(gè)級(jí)別共 4種 不同的焊接線能量對(duì)焊接試件進(jìn)行施焊， 焊前預(yù)熱溫 度為 2 5 0q C ， 焊后進(jìn)行 7 6 0c j C ／ 2h的高溫回火處理。焊縫和熱影響區(qū)分別在 一4

15、 o～ 2 0c c 不同的溫度下進(jìn) 行 V型缺口沖擊試驗(yàn)。根據(jù)結(jié)果綜合考慮， 焊接熱輸 入的上下限值選擇為 l 2 ～ 2 5k J ／ c m ， 滿足下限配合預(yù) 熱措施 ， 不出現(xiàn)冷裂紋， 滿足上限， 保證較好的韌性。3 ． 6 后 熱處理及焊后熱處理 3 ． 6 ． 1 后熱處理 延遲裂紋產(chǎn)生的主要原因是氫的影響。為了防 止延遲裂紋的產(chǎn)生 ， 僅僅預(yù)熱和保持層間溫度是不夠 的， 特別是對(duì)較厚 的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō) ， 還必須對(duì)焊件在焊后

16、立即進(jìn)行后熱處理 ， 即消氫處理。后熱溫度越 高， 所 需的后熱時(shí)間可縮短。對(duì)耐熱鋼， 只要加熱到 3 0 0q C左右 ， 鋼內(nèi)的擴(kuò)散氫幾乎能全部逸 出l 1J 。P 9 l鋼焊后 的消氫溫度為 3 0 0 ～ 3 5 0c c ， 保溫 1h 可滿足要求。3 ． 6 ． 2 焊后熱處理 焊接是一個(gè)不均勻的加熱過(guò)程 ， 鋼材要產(chǎn)生熱脹 冷縮， 在焊接區(qū)產(chǎn)生殘余應(yīng)力； 同時(shí)， 從高溫快速冷卻 下來(lái)的焊接區(qū)也不可避免要產(chǎn)生淬硬組織。焊接殘

17、 余應(yīng)力和淬硬組織 的存在是一種不穩(wěn)定狀態(tài) ， 對(duì)其進(jìn) 行緩和與消除 ， 焊后熱處理是必不可少的。其 目的是 為了改善焊縫金屬及其熱影響區(qū)的組織， 降低焊接接 頭的硬度， 提高焊接接頭的韌性 、 高溫蠕變強(qiáng)度 、 變形 能力以及消除焊接應(yīng)力。對(duì) C r —M o 鋼 ， 回火參數(shù) [ P]變化最佳的范圍為 1 9 ． 5 ～ 2 2 ． 0E。至于對(duì)某種具體的鋼種 ， 則對(duì)應(yīng)最佳的[ P ] 值。[ P ] ：T ( 2 0 + l o

18、 g t ) × 1 0式中： 7 1 為回火絕對(duì)溫度， K ； t 為保溫時(shí)間， h ．用相 同焊接 條 件焊 接 的試 樣 分 別在 7 1 0o C，7 6 0q C 和 7 9 0℃的溫度進(jìn)行高溫 回火處理， 保溫時(shí)間都為 2h ， 再進(jìn)行焊接接頭性能檢驗(yàn) ， 相應(yīng)的[ P ] 值如 表 5表 5 接頭的室溫和高溫短時(shí)性能3 ． 6 ． 3 接頭硬度檢驗(yàn) 為了便于對(duì) 比， 增 加一組焊態(tài)下試樣 的硬度檢 驗(yàn)。檢驗(yàn)方法是

19、切于熔合線底部畫一條硬度測(cè)定線 進(jìn)行測(cè)定。4 種狀態(tài)下接頭的硬度分布規(guī)律如圖 2 所 示。焊態(tài)的硬度最高， 其最高硬度已接近 H V 4 0 0 ， 這主 要 由焊接過(guò)程 中形 成 的淬硬組 織所致 ， 可 見(jiàn)焊 縫焊 后 必須進(jìn)行回火處理， 否則硬度過(guò)高的焊接接頭直接投 入使用是很危險(xiǎn)的。另外 ， 試驗(yàn)結(jié)果還說(shuō)明不同的熱 處理規(guī)范下將 獲得不 同的接 頭組 織 和性 能 ， 7 6 0～7 9 0q C 范 圍內(nèi)回火后 ， 硬度曲線趨

20、于平緩 ， 淬硬組織得到 了軟化， 焊態(tài)下粗大的馬氏體得到了部分的改變， 并 且隨著回火溫度的升高， 接頭的硬度趨于降低。4 O O妻 8 0 0= 2 0 0／／。 ℃、／∞ ℃7／ 7 9 0 ℃母材 熱影響區(qū)焊縫 熱影響區(qū) 母材 圖 2 焊接接頭硬度分布 3 ． 6 ． 4 沖擊功 對(duì)試樣的熱影響區(qū)進(jìn)行 2 0c cV型缺 L I 夏比沖擊 試驗(yàn)， 其結(jié)果如圖 3 所示。試樣在 7 6 0o C 回火后的沖 擊功要高于 7 1 0