HK—40炉管与15CrMo法兰的焊接

2022-09-12

锦西石化分公司制氢装置于2002年9月检修时, 转化炉更换了2299根炉管, 规格为ΦΦ112277××1122××1122770000, 其中HHKK——4400炉管88根, 炉管上下法兰材质为1155CCrr MMoo。工程公司确定了焊条和焊接方法, 保证了炉管的焊接质量, 焊接一次合格, 为制氢装置检修顺利完工打下了基础。

1 HK—40炉管与15Cr Mo钢的焊接特点

1.1 HK—40炉管的焊接特点

HK—40炉管的化学成分和力学性能见表2—1。

HK—40钢属于高铬镍奥氏体不锈钢, 最大的优点是热强性很好、抗腐蚀能力强;最大的缺点是焊接时极易产生热裂纹, 产生热裂纹主要是由于化学成分和制造工艺两方面原因造成的:一、HK—40中含有较高的Ni, Ni是易与S、P等杂质形成低熔点共晶物的元素, Ni+Ni3S2共晶 (熔点645℃) ;Ni+Ni3P共晶 (熔点880℃) 。在焊接熔池一次结晶时, 可能形成低熔点共晶液态间层, 导致热裂纹的产生。二、HK—40是单向奥氏体不锈钢, 线膨胀系数大、导热性差, 焊接过程中又无相变, 熔池冷却过程中晶粒长大的方向性强, 晶界不能承受较大的焊缝收缩应力, 可能导致晶间开裂。三、HK—40炉管是经离心铸造而成, 化学成分不均匀、杂质分布不均匀, 炉管本身就容易形成方向性强的粗大的柱状晶粒。

1.2 15Cr Mo钢的焊接特点

15Cr Mo是铬钼合金钢, Cr、Mo元素的作用有三方面:在晶界形成稳定、细小、分布均匀的碳化物, 阻碍晶粒在晶界的滑移, 使15Cr Mo具有较好的强度和热强性;在金属表面形成钝化膜, 使金属具有较强的抗腐蚀性;增大了金属的淬硬性, 在空气中冷却就能产生马氏体, 使15Cr Mo焊接性变差, 容易产生冷裂纹。

2 焊接存在的问题

HK—40和15Cr Mo的焊接是异种钢, 焊接中存在以下问题:一、两种钢焊接性都很差, HK—40炉管焊接中容易产生热裂纹, 15Cr Mo法兰焊接容易产生冷裂纹;二、导热性和线膨胀系数相差较大, HK—40的线膨胀系数是15Cr Mo的1.5倍, 而导热系数为15Cr Mo的1/3, 在焊接或热处理过程中产生较高的内应力;三、焊接层间温度过高, HK—40容易产生热裂纹, 层间温度过低, 15Cr Mo可能产生冷裂纹, 要选择适当的层间温度.

3 选择焊材

选择焊材是根据两种钢焊接性能, 考虑炉管的使用条件, 参照相关的标准规范和有关资料, 解决HK—40和15Cr Mo焊接中的主要矛盾。选择焊材所依据的标准有《石油化工铬镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程》SH/T3523—1999、《石油化工管式炉碳钢和铬钼钢炉管焊接技术条件》SH3085—1997、《石油化工异种钢焊接规程》SH3526—92。氩弧焊打底焊丝选用Inconel600, 这种焊丝属于镍基合金焊丝, 与H1Cr26Ni21相比具有较好的焊接性和耐腐蚀性, 在高温下能承受较高的应力水平, 对HK—40和15Cr Mo的焊接效果比较好。填充焊和盖面焊选用A407焊条, 合金成分与HK—40相同, 也是规范允许使用的焊接15Cr Mo的奥氏体焊条。