ASTM A333 GR.6低温钢管焊接与应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

ASTM A333 GR.6低温钢管焊接与应用

发表时间：2020/11/6 来源：《基层建设》2020年第21期作者：张波

[导读] 摘要：本文以烟台万华聚氨酯产业链一体化乙烯项目为例，重点介绍材质为ASTM A333 GR.6的低温管道焊接，因A333 GR.6低温钢的焊接比普通碳钢管难度大，且焊条焊缝熔敷金属黏度大，凝固较快，所以焊接时极易出现背面凹陷、气孔等焊接质量缺陷，给实际操作带来了极大的困难。

        中国化学工程第十六建设有限公司湖北省宜昌市 443000
        摘要：本文以烟台万华聚氨酯产业链一体化乙烯项目为例，重点介绍材质为ASTM A333 GR.6的低温管道焊接，因A333 GR.6低温钢的焊接比普通碳钢管难度大，且焊条焊缝熔敷金属黏度大，凝固较快，所以焊接时极易出现背面凹陷、气孔等焊接质量缺陷，给实际操作带来了极大的困难。本文总结了一定的低温钢管道的焊接经验，从焊材的选用、焊接工艺及焊接注意事项等方面进行阐述。
        关键词：A333 GR.6；低温钢；焊接工艺；焊丝；焊条。
        1.引言
        烟台万华聚氨酯产业链一体化乙烯项目，乙烯罐区由惠生工程（中国）有限公司设计，工艺管线材质复杂，其中A333 GR.6低温钢管道占有很大比例。因这种材质的管道焊接难度较大，国内对A333 GR.6低温钢管道的焊接经验也在逐步完善中，为保证本项目的焊接质量，要精确把握A333 GR.6焊接性能，合理选择焊材，制定焊接工艺。
        2．A333 GR.6低温钢特性
        2.1 A333 GR.6钢的特性
        A333 GR.6属于低合金类低温钢，适用于低温环境作业，能承受一定的低温冲击。该钢含碳量低，合金元素较多，属于易产生焊接裂纹的钢材。ASTM A333/A333M自2016年对A333 GR.6除对常规的C、Mn、Si、S、P五大元素做了规定外，新增了Cr、Ni、Mo、Cu、V 、Nb和Mo等元素上限。其化学成分及机械性能[1]分别见表2.1和表2.2。
        表2.1       A333 GR.6钢的化学成分（％）

        表2.2       A333 GR.6钢的机械性能

        2.2 A333 GR.6可焊性分析
        A333 GR.6钢常以正火或回火供货，金相组织为铁素体+珠光体，组织均匀，有良好的低温韧性。在焊接过程中，焊接接头的薄弱环节一般都在熔合区和焊缝这两个部位，热影响区的低温韧性反而有时还可能高于母材。影响其焊接接头韧性的原因很多，主要有以下四个方面：焊接材料择；焊接工艺；焊接过程；焊接线能量的控制。这四个方面是低温钢焊接最重要的环节，对焊接接头的低温韧性影响很大。为了改善焊接接头的韧性，必须合理地选择焊接材料和焊接工艺，把焊接能量控制在最小范围内。本项目采用多层多道焊，能有效地减小焊缝过热，利用后一焊道对前一焊道的热作用，使焊缝金属产生细化晶粒的效果。
        3．焊接工艺
        3.1焊接方法
        本工程A333 GR.6低温钢管焊接，公称直径DN＞80mm采用氩电联焊。用手工钨极氩弧焊（GTAW）打底，手工电弧焊（SMAW）填充盖面的方法。公称直径DN ≤80mm采用全手工钨极氩弧焊。
        3.2焊材的选择
        根据现场到货材料，本项目焊接材料的选用CHG-55C1R焊丝及W707Ni焊条，CHG-55C1R是低温用TIG焊丝，该焊丝具有优良的焊接工艺性能和低温冲击韧性，适用对低温韧性（-50℃）要求较高的承压设备用钢材的焊接。W707Ni是低氢钠型药皮含Ni的低温钢焊条，直流反接，可全位置焊接，在-70℃时熔敷金属仍具有良好的冲击韧性。焊材的选用及烘干见表3.1，焊材的化学成分见表3.2，焊材的机械性能见表3.3。
        表3.1        焊材的选用及烘干

表3.2 焊材的化学成分（%）

表3.3 焊材的机械性能

        3.3预热
        A333 GR.6钢的焊接性能好，一般情况下，焊前不需预热，在以下情况下，焊前要进行预热。
        1）当厚度焊件温度低于10℃时，均预热到10℃以上[2]。
        2）为防止焊接过程中因母材表面水分过多而产生气孔，当环境湿度≥85%时，焊前进行均匀预热。
        焊缝宜一次焊完，层间温度不得低于预热温度。
        3.4坡口形式
        表3.4      焊口的坡口型式：

表3.5 焊接工艺参数

        4.焊接过程
        4.1线能量的控制
        由于焊条合金元素较多，A333 GR.6焊接时，为防止出现过大的线能量恶化焊缝和热影响区的韧性。采用短弧操作、多层多道（窄焊道）的焊接方法，每条焊缝的宽度控制在12~18mm 。并应严格限制焊接线能量，最大限度地降低焊接接头过热程度，使后道焊缝可以细化前一道焊缝的晶粒，提高焊缝的韧性。
        如果采用多层单道焊，焊接熔池较大，要想在单位时间内给焊缝填充足够焊肉，以满足熔池的需要，必然加大电流，这时由于熔池温度很高，很容易造成合金元素的烧损。在实际生产中，焊条直径有限，因而焊接电流不可能加大的很多，适当地放慢焊接速度填足焊缝，线能量也相应地增大了。造成了焊缝金属组织晶粒粗大，从而降低了焊接接头的低温韧性。反之，采用多层多道焊时，焊接过程中熔池较小，焊接电流相应地小一些，焊速也增快了，加之后一焊道对前一焊道的热作用，产生了细化晶粒的效果，提高了低温韧性。
        4.2注意事项
        1）管道下料切断加工坡口时，应尽量采用机械加工方法，当现场机械加工有困难时，可采用氧乙炔火焰切割或等离子切割，但切割部位必须用磨光机将氧化层和受热影响层打磨掉。
        2）焊接时不做横向摆动，避免增加线能量，降低焊缝的性能。必须在自由状态下焊接，不允许焊前有拘束力。尤其环境温度较低的情况下焊接更应避免，否则很容易造成应力裂纹。
        3）盖面采用分段成形退焊法，外部焊完内部清根，以同样方法进行内部焊接，以减少预热和后热的次数，减少和防止裂纹缺陷的产生。
        4）W707Ni焊条焊缝熔敷金属黏度大，凝固快，为避免焊接缺陷产生，焊接时应注意以下几点，以减少出现气孔、背面凹陷等缺陷的几率：
        （a）等厚对接环焊缝管子、管件组对，应使内壁齐平，内壁错边量不应超过壁厚的10％，质量等级为I级管道，错边量≤1mm，其它等级要求≤2mm[2]。
        （b）严格控制焊缝装配间隙大小，减少塌陷、焊瘤、未熔合、未焊透等缺陷。
        5）由于线能量的控制，焊缝冷却速度较快，金属组织转变过程中，焊缝产生的应力使焊缝的脆性增加从而降低了焊缝的塑性和韧性，焊后进行回火热处理才能清除残余应力。
        5 焊接质量检查
        5.1焊缝外观检查
        1）焊缝与母材应圆滑过渡，不得有咬边；
        2）焊接接头表面无裂纹、气孔、夹渣、弧坑、未填满缺陷。
        5.2焊缝无损检测
        经外观质量检查合格，按照NB/T47013.2-2015 《承压设备无损检测第2部分射线检测》进行射线检测和缺陷评定。
        6．结语
        为防止A333 GR.6在低温使用时发生脆断，A333 GR.6焊接接头必须有足够的低温断裂韧性，但其化学成分和机械性能与常见碳钢材料有一定区别，因此决定了其焊接工艺的特殊性。A333 GR.6这种低合金低温钢可焊性好，但焊条焊缝熔敷金属黏度较大，为保证焊缝优质，提高装配质量，正确选择焊材、工艺参数尤为重要。
        参考文献：
        [1] ASTM A 333/A 333M-2016
        [2]SH/T3525-2015《石油化工低温钢焊接规范》