高温高压临氢管道TP321管材的焊接
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇高温高压临氢管道TP321管材的焊接范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：加氢裂化装置高温高压临氢管线具有高温、高压、临氢、管壁厚、管道类别高等特点,在施工过程中这部分管道的施工质量要进行严格的控制和管理。某石化公司200万吨/年加氢裂化装置高温高压临氢管道作为整个装置管道施工的重点和难点，其部分管道采用从国外进口的奥氏体不锈钢材料ASTM A312Gr.tp321管材。本文从化学成分方面对TP321作了简单介绍，并对其焊接性进行分析；着重介绍了焊接工艺、焊接要点及稳定化热处理。
关键词：高温高压临氢管道TP321 焊接晶间腐蚀稳定化热处理
中图分类号： O522文献标识码：A 文章编号：
0 引言
某石化公司200万吨/年加氢裂化装置部分高温高压临氢管道采用从国外进口的A312 TP321管材，管道设计温度最高达499℃，设计压力最高达21.93MPa，管道规格最大为φ660×58mm，管道总长550米。该部分管道安装质量和焊接质量要求都很高，施工作业难度大，是整个装置施工的重点和难点，
1TP321简介
TP321属于ASTM标准奥氏体不锈钢，对应我国标准GB/T20878-2007中的06Cr18Ni11Ti，其主要化学成分见表1。
表1 TP321不锈钢的化学成分及含量/%
注：其中Ti含量不得少于五倍碳含量且不超过0.70%。
2TP321焊接性分析
TP321属于铬镍奥氏体不锈钢，在出厂时经过固溶处理和稳定化处理。室温下塑性韧性很好，因此产生冷裂纹的倾向很小。在母材方面出现晶间腐蚀的倾向也较小。
焊接时存在的主要问题有：焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；晶间腐蚀；应力腐蚀开裂：焊接接头的σ相脆化等。
2.1焊接热裂纹
TP321钢中含有一定量的Ni，它易和S、P等杂质形成低熔点共晶，使得结晶过程中产生液态薄膜；焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，利于有害杂质元素的偏析，从而促成连续的晶间液膜，提高了热裂纹的敏感性；奥氏体钢又具有热导率小，线膨胀系数大的特点，因而在焊接不均匀加热的作用下易产生较大的拉应力，进一步促进焊接热裂纹的产生。综上三种因素，TP321钢的焊接热裂纹倾向比低碳钢大得多。
防止措施：
（1）选择合适的焊接材料，控制有害杂质并调整焊缝金属的化学成分，改善组织；
（2)焊接时尽量减少熔池过热、提高接头的冷却速度，以防止形成粗大柱状晶组织。另外，采用小线能量焊接，以降低焊接拉应力。
2.2晶间腐蚀
根据贫铬理论，不锈钢焊缝和热影响区在加热到450～850℃敏化温度区时，在晶界上析出碳化铬（Cr23C6），造成晶界处铬的含量达不到防腐蚀的最低值，在受到腐蚀时，就会首先从晶界处开裂。
防止措施：
（1）采用低碳或超低碳的焊材，或采用含钛、铌等稳定化元素的焊材，使Ti、Nb与C形成稳定的TiC、NbC，而不形成Cr23C6，从而防止晶间腐蚀；
（2）选用较小的焊接电流和较快的焊接速度、加快冷却速度以减少焊接熔池过热，并焊后进行稳定化退火处理。
2.3应力腐蚀开裂（SCC）
应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，表现为无塑性变形的脆性破坏。
防止措施：
（1）合理制定成形加工和组装工艺，尽可能减小冷作变形度，避免强制组装，防止组装过程中造成各种伤痕(SCC的裂源，易造成腐蚀坑)；
（2）采取合适的焊接工艺：保证焊缝成形良好，不产生任何应力集中或点蚀的缺陷，如咬边等；采取合理的焊接顺序，降低焊接残余应力水平；
（3）进行焊后稳定化热处理。
2.4焊接接头的σ相脆化
焊件在经受一定时间的高温（650～850℃）加热后会在焊缝中析出一种脆性的σ相，导致整个接头脆化，塑性和韧性显著下降。在高温加热过程中，σ相主要由铁素体转变而成，加热时间越长，析出越多。
防止措施：
（1）选择合适的焊接材料限制焊缝金属中的铁素体含量(小于12%)；
（2）采用小规范，以减小焊缝金属在高温下的停留时间。
3焊接方法的选择
依据SH/T3523-2009“管道的根层焊道的焊接宜采用钨极气体保护焊”的原则，并结合现场实际情况，采用氩电联焊进行焊接，Φ≤60mm的全部采用钨极氩弧焊，Φ≥60mm的采用钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充、盖面。
4焊接材料的选用
焊接材料是牌号为CHG-347的实心焊丝（在无法进行背部充氩的情况下，采用牌号为TGF-347自保焊丝）和牌号为CHS137的焊条；保护气体为纯度不低于99.99%的氩气。具体焊接材料的化学成分见表2
表2 TP321焊材的化学成分及含量/%
5焊接工艺参数的选择
根据上面对TP321奥氏体不锈钢焊接性分析，TP321在焊接时应选用小的热输入（线能量），采用多层多道焊。焊接电流应比普通低合金钢焊接时小10～15%，并采用小直径焊丝或焊条。焊接工艺参数见表3
表3 焊接工艺参数
6焊接要点
6.1多层焊时一定要控制层间温度，保证层间温度不大于100℃，在必要时可以采取在焊缝两侧（注意不可直接在焊缝上进行）用湿布擦拭强迫冷却的措施，以减少焊缝在高温停留时间，加快焊缝冷却速度。
6.2使用的刨锤，钢丝刷等工具应用不锈钢材料制成，打磨焊缝或坡口应采用不锈钢专用砂轮片。
6.3焊前保证母材表面的完好无损，焊接过程中不允许在焊件表面引弧，收弧；采用焊条电弧焊时，应在焊缝两侧100mm范围内涂上防粘污剂（白垩粉等），以防止飞溅损伤焊件表面。
6.4多层多道焊时，每一道焊完后均应清除焊道表面的熔渣，并消除各种表面缺陷；每层焊道的接头应错开。
6.5采用实心焊丝背面充氩焊时，应确保管内空气完全排除后方可施焊，焊接时背面保护的氩气流量应适当降低，避免出现凹坑。
6.6焊条电弧焊焊接应采用短弧快速焊，不摆动或小摆动的操作方法，摆动幅度应不大于焊条直径的2.5倍。
6.7焊接过程中确保引弧、收弧处的质量，收弧时应将弧坑填满，并用砂轮将收弧处修磨平整，以防止弧坑裂纹的形成。并对收弧处进行渗透检测。
6.8焊接完毕，应及时将焊缝表面的熔渣及飞溅物、防粘污剂清理干净，待探伤合格并进行稳定化热处理后还要进行酸洗钝化。
7稳定化热处理
由于在TP321中含有稳定剂Ti，一定程度上避免了在焊接过程中产生晶间腐蚀的倾向。但由于加氢装置的临氢管道经常受H2甚至H2S的腐蚀，因此，对于焊缝及其热影响区进行稳定化热处理还是很有必要的。根据相关规范和设计要
求，并结合现场实际，制订了如表4的热处理参数。
表4 TP321稳定化热处理参数
8总结
施工过程中，从材料的到货验收、坡口的加工、焊接工艺的制定、焊接过程及层间温度的控制、稳定化热处理的监控等每道工序都进行严格控制。焊缝一次合格率达99%以上。水压试验最高达32.9 MPa，没有出现焊缝渗漏等问题，证明了焊接工艺的合理性，并为整个装置的顺利交工投产提供了有力保障。
本文的成功经验也可为同类装置、同类管道焊接提供良好借鉴作用，具有一定的推广意义。
参考文献：
【1】中国机械工程学会焊接学会.焊接手册-材料的焊接[M].第二版.北京：机械工业出版社，2001.
【2】赵珍祥.TP321不锈钢临氢管道焊接探讨[J].化工设备与管道，2009（10），第46卷第5期
【3】SH T3523-2009《石油化工镍铬不锈钢、镍合金、铁镍合金焊接规程》[S].