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15crmog是什么材质|15CrMoG管道的焊接工艺探讨

来源:知识百科 时间:2019-04-28 点击: 推荐访问:15crmog用什么焊丝

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摘要:针对15CrMoG钢的焊接性及工作特点,根据以往的经验及查阅相关资料,我们选择了两种方案进行焊接试验,并对工艺进行评定后,成功的应用于生产。   关键词:15CrMoG;焊接性;seferain;热处理
  中图分类号:O522文献标识码: A
  
  0概述
  15CrMoG钢管是无缝钢管的一种,其性能要比一般的无缝钢管高很多,因为这种钢管里面含Cr比较多,其耐高温、耐低温、耐腐蚀的性能是其他无缝钢管比不上的,所以15CrMoG合金管在石油、化工、电力、锅炉等行业的用途比较广泛。我公司承建的沈阳科达粉煤气化厂―厂区辅助工艺管网工程,有一部分高压蒸汽管道,采用15CrMoG耐热钢,管道规格为219*10,其工作压力为6.4MPa,工作温度为500℃。
  
  115CrMoG耐热钢的焊接性分析
  15CrMoG钢系珠光体组织耐热钢,是以Cr、Mo为基的合金钢,具有较高的抗氧化能力和热强性(δb≥440MPa),还具有良好的抗硫化物和氢的腐蚀能力。其主要化学成分见表1。
  表115CrMoG 钢的主要化学成分%
  
  
  
  由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素,钢材的淬硬倾向较明显,焊接性差。根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式[2],计算出15CrMoG的碳当量如下:
  CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%)=0.437~0.657
  当CE(IIW)0.6%焊接性较差,属难焊材料,需采用较高的预热温度和严格的工艺方法;而15CrMoG的CE(IIW)=0.437~0.657,说明该钢的粹硬倾向较明显,焊接性差,具有一定的冷裂倾向,故该钢焊接时应采取预热、后热等措施。
  该工程中15CrMoG钢管在高温高压下运行,必须承受较高的负荷,因此如何解决焊后催化及冷裂问题及获得强度高,塑性、韧性好的优质焊接接头,就成为本次施工过程中必须解决的关键技术问题。
  
  215CrMoG钢管的焊接性试验
  2.1确定试验方案
  针对15CrMo钢的焊接性的工作特点,根据以往耐热钢的施工经验,并查阅相关资料,我们选择了两种方案进行焊接试验。 
  方案Ⅰ:焊接预热,采用ER55-B2焊丝,TIG焊打底,E5515-B2焊条,焊条电弧焊盖面,焊后进行局部热处理。
  方案Ⅱ:采用ER55-B2焊丝,TIG焊打底,E309Mo-16焊条,焊条填充电弧焊盖面,焊后不进行热处理。焊材的化学成分见表2
  表2焊丝和焊条的化学成分及力学性能
  
  
  
  2.2焊前准备
  (1)试件采用15CrMoG钢管,规格为φ219×10,坡口型式及尺寸见图1。
  
  
  
  图1坡口形式及 尺寸
  (2)焊前用角向磨光机将坡口内外及坡口边缘50mm范围内打磨至露出金属光泽,然后用丙酮清洗干净。
  (3)试件为水平固定位置,对口间隙为3mm,采用手工钨极氩弧焊沿圆周均匀点焊六处,每处点固长度应不小于20mm。
  (4)焊条按规范进行烘干,E5515-B2焊条的烘干温度为350℃,保温2h。E309Mo-16焊条烘干温度为150℃,保温1.5h。
  2.3焊接工艺参数
  (1)按方案Ⅰ焊前需进行预热,根据seferain[3]预热温度计算方法,这种方法考虑了碳当量及板厚两个因素,碳当量的计算公式为:
  [C]c=C+40(Mn+Cr)/360+ 28Mo/360
  另外,引入了一个,板厚碳当量:
  [C]t=0.005t[C]c t―板厚(mm)
  总的碳当量:[C]= [C]c+[C]t=(1+0.005t)*[C]c
  设预热温度为Tp:Tp=350√[C]-0.25(℃)
  由此可计算出TP=80~160℃,因此预热温度选为150℃。采用氧-乙炔焰对试件进行加温,先用测温笔粗略判断试件表面的的温度(以笔迹颜色变化快慢进行估计),最后用半导体点温计测定,测量点至少应选择三点,以保证试件整体均达到所要求的预热温度
  (2)焊接时,第一层采用手工钨极氩弧焊打底,其余各层采用焊条电弧焊,共焊4层,每个焊层一条焊道。方案Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工艺参数见表3、4
  
  表3 方案Ⅰ的焊接工艺参数
  
  
  
  表4 方案Ⅱ的焊接工艺参数
  
  
  
  
  按方案I接时,层间温度应不低于150℃,为防止中断焊接而引起试件的降温,施焊时应由二名焊工交替操作,焊后应立即采取保温缓冷措施。
  2.4 焊后热处理
  采用方案Ⅰ焊接的试件,焊后应进行局部高温回火处理。根据国家规范技术要求及反复试验总结出的热处理工艺为:升温速度为200℃/h,升至700℃后保温时间为1h,降温速度为100℃/h,降到300℃后空冷。具体采用电加热器包绕焊缝,用硅酸铝棉保温,保温层厚度为150mm,温度控制采用电加热器自动控温仪控制。
  2.5 评定试验
  (1)试件焊后按JB4730-2005《压力容器无损检测》及GB50236-2011《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》标准进行100%的射线探伤检验,焊缝均为II级合格。
  (2)按NB/T47014-2011《承压设备用焊接工艺评定》及GB50236-2011《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》标准进行焊接工艺评定试验。评定结果见表5。
  
  表5 焊接工艺评定试验结果
  
  
  
  从拉伸试验结果可知,两种方案的拉伸试样全部断裂在母材,说明焊缝的抗拉强度高于母材;弯曲试验全部合格,说明焊缝的塑性较好。根据表5中的冲击韧性试验结果可知,方案Ⅰ的冲击韧性明显高于方案Ⅱ,证明方案Ⅰ的焊后热处理规范比较理想,高温回火不仅达到了改善接头组织和性能目的,而且使韧性与强度配合适当。方案Ⅰ采用了与母材成分接近的焊条,焊缝性能同母材匹配,焊缝应具有较高的热强性,焊缝在高温下长期使用不易破坏。难点是焊后热处理规范较为严格,回火温度和保温时间及加热和冷却速度控制不当反而会引起焊缝性能下降。方案Ⅱ采用了奥氏体不锈钢焊条施焊,虽然可以省去焊后热处理,但由于焊缝与母材膨胀系数不同,长期高温工作时可发生碳的扩散迁移现象,容易导致焊缝在熔合区发生破坏。因此,从使用可靠性考虑,现场采用方案Ⅰ施焊更为稳妥,通过方案I的焊接工艺对该工程的高压蒸汽管线进行焊接,大多数焊口进行的射线探伤一次合格。目前沈阳科达粉煤气化厂高压蒸汽管线已投入生产1年多,运行状况良好。
  4 结束语 
  15CrMoG钢管的焊接采用两种焊接方案均为可行。为了保证焊缝性能同母材匹配且具有较高的热强性,采用方案Ⅰ效果更佳,关键是要严格控制焊后热处理工艺。
  方案Ⅱ虽可省去焊后热处理,但焊缝在高温下发生碳的迁移扩散而导致焊缝破坏的可能性不容忽视,因此,只有在焊后无法进行热处理时才慎重采用。
  参考文献:
  [1]英若采.熔焊原理及金属材料焊接[M] .2版.北京:机械工业出版社,2000
  [2]斯重遥等.焊接手册(第二卷) [M].北京:机械工业出版社,1992.59~65
  [3]王黎明.钢零件焊接预热温度的确定[J].黑龙江八一农垦大学报.2002

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