Φ54×10规格不同材质管焊接与热处理工艺措施(20140726173229081)

1、规格为54×10不同材质管焊接与热处理工艺措施本工艺主要介绍规格为54×10、材质分别为12Cr1MoV、SA213-TP347H、TP304H、SA-213T91、SA213-TP347H/SA213-T91、SA213-TP347H/12Cr1MoV 及SA213-T91/12Cr1MoV的管焊接与热处理工艺。一、各类钢材简单介绍1.1 12Cr1MoV属珠光体耐热钢，该类钢是在铬钼钢的基础上加入0.2%钒的低合金钢，其组织为铁素体加珠光体，在正火处理时冷却速度较快，在火电厂热力管道中广泛使用。在DL/T869-2012中规定54×10的该类钢焊后需做热处理。

2、12Cr1MoV钢常温机械性能为：屈服强度为225MPa、抗拉强度为441 MPa、延伸率19%；高温设计许用应力：550为60MPa、600为40MPa、62028MPa(标准号GB5310)。化学成分见下表。12Cr1MoV化学成分（%）CMnSiCrMo V0.080.150.400.700.170.370.901.200.250.350.150.301.2 SA213-TP347H是美国新研制的钢种，具有较好的的整体抗腐蚀性，同时具有较高的蠕变断裂强度。该类主要应用在超临界超超临界锅炉的末级再热器及末级过热器管上。SA213-TP347H是奥氏体不锈钢，属于18-8型铬镍奥氏体不锈钢，

3、SA213-TP347H钢常温机械性能为：屈服强度为205MPa、抗拉强度为515 MPa、延伸率35%；高温设计许用应力：550为90MPa、600为82MPa、62062MPa(标准号ASTM SA 213)。化学成分见下表。SA213-TP347H化学成分（%）CMnSiCrNiNbSP0.04-0.102.00.7517.0-20.09.0-13.00.06-0.100.030.041.3 TP304钢是18-8奥氏体不锈钢,其奥氏体结构使其具有它良好的冷热加工性能、耐腐蚀性、低温性能、无磁性,及焊接性,但在焊接过程中由于热输入不断增加,奥氏体晶粒易于粗大,热影响区敏化温度范围变宽,从

4、而导致焊接接头耐腐蚀性能降低,焊接接头容易产生热裂纹。TP304钢常温机械性能为：屈服强度为205MPa、抗拉强度为515 MPa、延伸率35%硬度192HBmax；高温设计许用应力：550为82MPa、600为65MPa、62052MPa(标准号ASTM SA 213)。化学成分见下表。TP304H化学成分（%）CMnSiCrNi0.082.000.7518.0020.008.0011.001.4 T91钢是1974年美国能源部委托橡树岭国家实验室（ORNL）与燃烧工程公司（CE）联合在9Cr钢的基础上研制改进形成（改良型）的9Cr-1Mo钢，并在590下进行10万h蠕变断裂强度试验，其强度

5、可达到100MPa。1984年美国ASME将T91纳入了标准，表示为SA213-T91。20世纪90年代，T91在世界范围内获得了广泛使用。T91钢钢常温机械性能为：屈服强度为415MPa、抗拉强度为585MPa、延伸率20%硬度250HBmax；高温设计许用应力：550为94MPa、600为66MPa、62045MPa(标准号ASTM SA 213)。化学成分见下表。T91化学成分（%）CMnSiCrMoVNiTi0.080.120.300.600.200.508.009.500.851.050.180.250.4N0.030.071.5 SA213-TP347H/SA213-T91钢焊接属

6、于B类钢与C类钢的异种钢焊接，焊接与热处理时应选用使两者的工艺性能尽可能发挥到最好状态的工艺参数。具体焊接及热处理将在下文中介绍。二、各类钢材焊接与热处理工艺2.1 54×10材质为12Cr1MoV相关工艺：2.1.154×10材质为12Cr1MoV焊接工艺要求：2.1.1.1焊接材料选用：12Cr1MoV钢的氩弧焊采用TiG-R31焊丝，手工电弧焊采用R317碱性低氢型焊条，填充焊接时可采用直流反接、短弧操作。2.1.1.2焊件表面清理：焊接前应将管段坡口焊件上的油污、铁锈和水分等杂志清理干净，直至露出金属关泽。2.1.1.3预热：12Cr1MoV耐热钢焊接前一般预热温度

7、为200300。2.1.1.4焊接层间温度：12Cr1MoV耐热钢焊接的层间温度控制在200300之间。2.1.1.554×10材质为12Cr1MoV焊接相关工艺参数：焊接接头：对接，V型坡口。焊接方法GTAW+SMAW，坡口角度为30°35°，钝边厚度为1mm2mm，对口间隙为2mm2.5mm。焊条牌号为R317、规格为2.5、焊丝牌号为TiG-R31、规格为2.5。保护气体类型：氩气、保护气体纯度99.95%、气体流量910L/min。钨极采用铈钨极、规格选用2.4、伸出长度为810mm。焊接工艺参数焊层-道号焊接方法焊接材料焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速

8、度（cm/min）型号规格极性电流范围1GTAWTiG-R312.5直流正接125-13511-125.0-6.02-12SMAWR3172.5直流反接9022-2318.03-13SMAWR3172.5直流反接90-10025-2619-214-13SMAWR3172.5直流反接90-10025-2620-22施焊技术措施：a、 点固焊时，点固点数不得少于3点，电焊点均匀分布在焊缝上。焊口制备及组对符合规程、规范是焊接质量保证的前提条件。b、 焊接过程中采用短弧焊接，单层多道焊，直线型运条。单层焊厚度焊条直径加2mm，略摆动，摆动宽度5倍焊条直径。c、 多层焊道的接头应错开。d、 收弧时填满

9、弧坑。e、 保证层间温度在200300之间，超过300应停止焊接。f、 每层焊道焊缝焊接完毕后，应用钢丝刷或砂轮机将焊渣、飞溅等杂物清理干净。2.1.2 54×10材质为12Cr1MoV热处理工艺要求：2.1.2.1相关工艺要求见下表：12Cr1MoV热处理工艺规格54×10材质12Cr1MoV预热加热方法远红外电加热升温速度预热温度200-300层间温度测温方法手提式测温枪加热措施氧乙炔焰保温措施针织保温毯后热加热温度恒温时间-其他要求焊后热处理升温速度300/h降温速度300/h加热方法远红外电加热加热宽度250保温层宽度600恒温温度720-750恒温时间0.5h热电

10、偶型号DJK-40数量1支工艺曲线图： 注意事项：1、作业范围内设警示牌2、温度降至300可不控制温度（） 720750 0.5h t（h）2.2 54×10材质为SA213-TP347H相关工艺：2.2.1焊接方法与设备：焊接方法为手工氩弧焊，直流正接。焊丝牌号为ER347，规格为2.5。氩气纯度99.95%。焊接设备选用奥太逆变焊机ZX7-400STG。2.2.2 坡口质量要求：坡口角度。坡口的形式为单V形，坡口角度为30°35°，钝边厚度为1mm2mm，对口间隙为2mm2.5mm。坡口清理。在组对前应将母材内外壁没侧15-20mm范围内的油污、水、锈等清理干

11、净，直至发出金属光泽。焊前及焊接过程中，坡口处母材应无裂纹、重皮、坡口损坏及毛刺等缺陷。充氩保护：充氩保护的质量直接影响焊接质量，对过烧缺陷消除起关键性作用。充氩保护以坡口轴中心为基础，没侧各100-150mm，两端塞可溶纸（一定要保证距离，距离太近氩气不能充分保护焊缝，距离太远内部空气不能被氩气充分置换）。对口后在焊口间隙塞保温，棉条或用耐高温胶带粘牢固，做成密封气室，保证焊口无缝隙，在管排对面撕开一小口，把自制的小口径铜管塞进焊口中间，管排正面也开口，保证气室内的空气被充分置换。开式充氩余额3-5min后，进行氩弧打底焊接，可以最大限度避免根部氧化缺陷产生。合理选择焊接电流:对于该类不锈钢

12、的焊接,焊接电流控制的范围偏小的焊口,打底电流为90-100A,盖面的电流为85-95A,这样有利于层间温度的控制,减少根部合金元素烧损的可能性。层间温度控制：在小径管焊接过程中，因热量不易散失，焊口温度容易升高，使接头金属晶粒长大，甚至出现过烧，因此层间温度应控制在100-200范围内。采用多层焊接，根部焊缝不宜太厚，也不宜焊太薄。根部焊层太薄，在焊接第二层时，尤其在背面不充氩保护时，容易把根部重新熔化，造成根部烧焦或电流偏大从而造成第一层熔化烧穿；焊层厚度宜控制在2.5-3mm范围内，以减少焊缝的热输入量，降低熔池温度，防止焊接裂纹、焊接接头腐蚀和焊缝脆化等焊接缺陷产生。SA213-TP3

13、47H管相关焊接工艺参数：a、 焊接接头：对接，坡口V行坡口，焊接方法：GTAW。b、 母材：SA213-TP347H；分类号：C类与C类相焊接；管子规格：54×10。c、 焊丝牌号ER347、规格2.5。d、 保护气体类型为氩气，纯度为99.95%，流量为10-12L/min，有背部保护气体，开始时气体流量为10-15L/min，焊接时5-8L/min。e、 钨极采用铈钨极，规格为2.5，伸出长度为8-10mm。f、 焊接工艺参数见下表：焊层-道号焊接方法焊接材料焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）型号规格极性电流范围1GTAWER3472.5直流正接95-1001

14、1-142.8-3.22-12GTAWER3472.5直流正接90-9511-124.3-5.03-13GTAWER3472.5直流正接90-9511-124.3-5.04-13GTAWER3472.5直流正接90-9511-124.3-5.52.3 54×10材质为SA213-TP304H相关工艺：2.3.1焊接方法和材料焊接方法采用手工钨极氩弧焊（GTAW），直流正接。焊丝牌号为H0Cr19Ni9Nb，规格为2.5。2.3.2焊接坡口坡口形式为单V形，坡口角度为40°-45°，钝边为0.5-1mm，间隙为2-3mm。焊接时为保证坡口两侧熔合良好，坡口一般比铁素

15、体大。间隙太小容易造成未焊透，间隙过大填充金属量太大，焊接速度较慢，热输入量增加，会造成合金元素烧损。坡口清理。管口在组对前应将母材内外壁没测10-15mm范围内的水、漆、锈等清理干净，直至发出金属关泽。焊工在焊接前要对焊口进行检查。点固焊时,每段长度为10mm，采用背面充氩保护工艺，以避免焊缝根部氧化。2.3.3充氩保护对口前在焊口两侧管子内塞入可溶纸或其他可溶性材料，其程度达到紧密，塞入深度为150-200mm。插入氩气（胶管接上扁管），其厚度为2.5-3mm，并采用高温铝箔纸或高温胶带纸粘牢固形成封闭气室。保护气体流量在9-10L/min。2.3.4 54×10、SA213-T

16、P304H焊接工艺参数焊接接头：对接；V形坡口；焊接方法：GTAW。母材：TP304H、分类号C类与C类相焊接；管子规格：54×10。焊丝牌号：H0Cr19Ni9Nb，规格为2.5。保护气体类型：氩气，纯度为99.95%，流量为10-12L/min，有背部保护气体，开始时气体流量为10-15L/min，焊接时5-8L/min。钨极采用铈钨极，规格为2.5，伸出长度为8-10mm。焊接工艺参数见下表：焊层-道号焊接方法焊接材料焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）型号规格极性电流范围1GTAWH0Cr19Ni9Nb2.5直流正接95-10011-122.8-3.22-12

17、GTAWH0Cr19Ni9Nb2.5直流正接95-11010-143.0-3.53-13GTAWH0Cr19Ni9Nb2.5直流正接95-11010-143.0-3.54-13GTAWH0Cr19Ni9Nb2.5直流正接95-11010-143.0-3.52.4 54×10材质为SA-213T91相关工艺：2.4.154×10材质为SA-213T91焊接工艺要求：2.4.1.1焊前准备坡口加工。坡口角度为单V形，坡口角度为30°-35°，钝边厚度为2mm3mm，对口间隙为0.5mm2mm。焊前清理。采用磨光机对坡口内外壁15-20mm范围内进行打磨清理。

18、焊口点固焊a、 装配式，将管道垫置牢固，不得在管道上焊接临时支撑物。b、 管道对口不得超过1.0mm，间隙为0.5mm2mm，钝边厚度为2mm3mm。c、 点固焊及正常施焊过程中，不得在管子表面引弧或实验电流。2.4.1.2充氩保护。为防止SA-213T91钢焊缝根部氧化，GTAW打底及SMAW焊接填充第一道焊缝时，应在管内侧充氩气，保护背面金属，防止其过度氧化。充氩保护范围以坡口轴中心为基础，没测各200-300mm贴两层以上可溶纸或可燃纸，以耐高温胶带粘牢固，做成密封气室。采用充气弯管从坡口间隙充氩，流量应控制在20-30L/min，以保证充氩量的充足和纯度。2.4.1.3焊接工艺预热。S

19、A-213T91属于空冷马氏体组织，在组织上有冷裂纹敏感性。钢材、焊材及手工焊接过程等原因，可导致在马氏体转变中，氢以过饱和状态残留于焊缝中，使区域脆化。焊接后的相变，加T91钢管壁厚本身造成的结构拘束应力及焊接残余应力，使焊接接头处的组织应力增大。基于以上生成冷裂纹的因素存在，焊接前必须采取预热措施，减少温度梯度，防止冷裂纹产生。根据T91钢的马氏体转变温度特点，预热温度确定在200-250。为便于手工钨极氩弧焊操作，打底焊是的预热温度应控制在100-150，打底焊完后再升至200-300进行填充焊接。T91钢的预热和层间温度取值不能过高，过高的预热和层间温度不仅对防止裂纹产生没有帮助，相反

20、预热温度金属的韧性度。因此，在控制预热温度和层间温度时应注意温度测量的准确性。工艺参数a、 焊接接头：对接；V形坡口；焊接方法：GTAW+SMAW。b、 母材：SA-213T91、分类号：B类与B类相焊接、管子规格54×10。c、 焊丝牌号：ER90S-B9、规格为2.5；焊条牌号：E9015-B9、规格为2.5。d、 保护气体类型：氩气，纯度为99.95%，流量为10-12L/min，有背部保护气体，开始时气体流量为10-15L/min，焊接时5-8L/min。e、 钨极采用铈钨极，规格为2.5，伸出长度为8-10mm。f、 焊接工艺参数见下表：焊层-道号焊接方法焊接材料焊接电流（

21、A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）型号规格极性电流范围1GTAWER90S-B92.5直流正接90-11012-146-92-12SMAWE9015-B92.5直流反接80-11023-276-123-13SMAWE9015-B92.5直流反接80-11023-276-124-13SMAWE9015-B92.5直流反接80-11023-276-122.4.254×10材质为SA-213T91热处理工艺要求： 2.1.2.1相关工艺要求见下表：SA-213T91热处理工艺规 格54×10材 质SA-213T91预 热加热方法远红外电加热升温速度 /h预热温度预热：20

22、0-250层间温度 测温方法记录仪测温加热措施电加热保温措施针织保温毯后 热加热温度 恒温时间 h其他要求焊后热处理加热方法远红外电加热升温速度150/h降温速度150/h 加热宽度250mm保温层宽度600mm恒温温度750-770恒温时间1h热电偶型号DJK-40数 量1支工艺曲线图：温度（） 750770 1h t（h） 注意事项：1、作业范围内设警示牌2、温度降至300可不控制2.5 SA213-TP347H / SA213-T91相关工艺要求：2.5.1 焊接接头：对接，V形坡口；焊接方法：GTAW。2.5.2母材：SA213-TP347H / SA213-T91、分类号：B类与C类

23、相焊接、管子规格54×10。2.5.3焊丝牌号：NiCrFe-3、规格为2.5。2.5.4保护气体类型：氩气，纯度为99.95%，流量为10-12L/min，有背部保护气体，开始时气体流量为10-15L/min，焊接时5-8L/min。2.5.5钨极采用铈钨极，规格为2.5，伸出长度为8-10mm。2.5.6焊接工艺参数见下表：焊层-道号焊接方法焊接材料焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）型号规格极性电流范围1GTAWNiCrFe-32.5直流正接80-1209-126-92-12GTAWNiCrFe-32.5直流正接110-15020-316-123-13GTAWN

24、iCrFe-32.5直流正接110-15020-316-124-13GTAWNiCrFe-32.5直流正接110-15020-316-122.5.7 SA213-TP347H/SA213-T91热处理相关工艺要求：SA213-TP347H/SA213-T91热处理工艺规 格54×10材 质SA213-TP347H / SA213-T91预 热加热方法远红外电加热升温速度 /h预热温度预热：200-250层间温度 测温方法记录仪测温加热措施电加热保温措施针织保温毯后 热加热温度 恒温时间 h其他要求焊后热处理加热方法远红外电加热升温速度150/h降温速度150/h 加热宽度250mm保

25、温层宽度600mm恒温温度750-770恒温时间1h热电偶型号DJK-40数 量1支工艺曲线图：温度（） 750770 1h 0t（h） 注意事项：1、作业范围内设警示牌2、温度降至300可不控制2.6 SA213-TP347H/12Cr1MoV相关工艺要求：2.6.1焊接接头：对接，V形坡口；焊接方法：GTAW+SMAW。2.6.2母材：12Cr1MoV/SA213-TP347H、分类号：B类与C类相焊接、管子规格54×10。2.6.3焊丝牌号：H1Cr25Ni13、规格为2.5；焊条牌号：A302、规格为2.5。2.6.4保护气体类型：氩气，纯度为99.95%，流量为10-12L

26、/min，有背部保护气体，开始时气体流量为10-15L/min，焊接时5-8L/min。2.6.5钨极采用铈钨极，规格为2.5，伸出长度为8-10mm。2.6.6焊接工艺参数见下表：焊层-道号焊接方法焊接材料焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）型号规格极性电流范围1GTAWNiCrFe-32.5直流正接90-11013-159-112-12SMAWNiCrFe-32.5直流反接50-8028-336-83-13SMAWNiCrFe-32.5直流反接50-8028-336-84-13SMAWNiCrFe-32.5直流反接50-8028-336-82.7 SA213-T91 /12Cr1MoV相关工艺要求：2.7.1焊接接头：对接，V形坡口；焊接方法：GTAW。