中圖分類號：TG 44； TQ 054　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

　　我廠承制的北京燕山石化6 萬t/a乙烯裂解爐對流段，材料全部由日本進(jìn)口。其中一組爐管材料為Cr-1Mo，規(guī)格為?168 mm×27 mm，其設(shè)計(jì)壓力21.9 MPa，設(shè)計(jì)溫度516 ℃，屬于高溫高壓工況條件。我廠雖有多年制造裂解爐對流段的經(jīng)驗(yàn)，但材料一般以碳鋼為主，且壁厚都在12 mm以內(nèi)。對于高溫高壓爐管材料的焊接，國內(nèi)外研究較多的是Cr5Mo及12CrMoV等，但對于厚壁Cr-1Mo爐管的焊接則研究較少。為了合理確定其焊接線能量、預(yù)熱溫度及焊后熱處理制度，因此對其進(jìn)行了探討。

1　焊接方法及焊接材料選擇

　　裂解爐對流段爐管化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能為σ_b=625 MPa,σ_s=498 MPa,ψ=44.1%,HV=193,a_k=257 J。架上焊接位置為水平固定加障礙物，而且焊縫外觀要求十分苛刻。焊縫的余高不大于1 mm,焊波的高低差不大于0.5 mm， 背面余高為0.5 mm，焊縫100%X射線探傷二級合格，因此采用手工TIG焊較為適宜，選用按ASME SA355-92標(biāo)準(zhǔn)出品的TIG-2GM牌號低合金鋼焊絲，其化學(xué)成分見表1。

表1　化學(xué)成分　　%

圖1　線能量對韌度的影響

2.3　焊后熱處理規(guī)范
　　文獻(xiàn)［1］指出，對Cr-Mo鋼，回火參數(shù)［P］的變化范圍為20.0～20.6，但對某種具體的焊件，則有一個最佳的［P］值。對壁厚27 mm的Cr-1Mo爐管焊后熱處理，［P］值取下限20.0，保溫2 h，根據(jù)回火參數(shù)計(jì)算式，有：

［P］=T(20+lgt)×10^-3(1)

式中，T為回火溫度，K；t為保溫時(shí)間，h。由式(1)可知T=710 ℃。為了進(jìn)一步了解回火規(guī)范對接頭性能的影響，用前述方案1的焊接試樣分別在650 ℃、710 ℃及760 ℃進(jìn)行高溫回火，保溫2 h，再進(jìn)行性能檢驗(yàn)。
　　為考察［P］對-50 ℃沖擊韌度影響，在650 ℃、710 ℃及760 ℃這3種狀態(tài)下對試樣的熱影響區(qū)做-50 ℃的V型缺口沖擊試驗(yàn)，其結(jié)果見圖2。

圖3　步冷處理(SC)曲線

　　Cr-1Mo材料回火脆化的塑脆轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)滿足下式要求：

vTr54+KΔvTr54≤38 ℃　(4)

式中，ΔvTr54=vTr′54-vTr54,vTr?54為回火處理(SR)后54 J沖擊功時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度；vTr54為回火處理加步冷處理(SR+SC)后54 J沖擊功時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度；K為增強(qiáng)系數(shù)，這里取2.0。
　　將710 ℃下2 h高溫回火(SR)的焊接試樣和回火后再經(jīng)步冷處理 (SR+SC) 的試樣，分別在20～－60 ℃下作焊縫和熱影響區(qū)的V型缺口沖擊試驗(yàn)，其塑脆轉(zhuǎn)變溫度曲線見圖4和圖5。 可以看出焊縫和熱影響區(qū)SR后54 J沖擊功的溫度為-56 ℃和-54 ℃， 焊縫脆化前后溫度增量約5 ℃，于是Tr54+2ΔvTr54=-46 ℃,所以熱影響區(qū)脆化前后溫度增量約為8 ℃，則Tr54+2ΔvTr54=-38 ℃，這兩個結(jié)果均遠(yuǎn)低于控制指標(biāo)。

圖4　焊縫脆化前后轉(zhuǎn)變溫度曲線

圖5　熱影響區(qū)脆化前后轉(zhuǎn)變溫度曲線

4　結(jié)　語

　　①對于厚壁爐管焊接，焊前預(yù)熱是必需的，當(dāng)預(yù)熱溫度控制在200 ℃左右時(shí)，能有效地防止冷裂紋的產(chǎn)生。②對于爐管水平固定加障礙位置的焊接，焊接線能量下限控制在10 kJ/cm左右，能獲得滿意的焊縫根部成型。對于填充焊道和蓋面，隨著線能量上限值的增大，焊層減少，接頭常溫力學(xué)性能變化不明顯，而-50 ℃沖擊韌度則呈明顯下降趨勢。為保證接頭具有可靠抗斷裂韌度，線能量控制在20 kJ/cm較為合適。③厚壁爐管焊接接頭常溫和425 ℃高溫短時(shí)拉伸強(qiáng)度，隨回火溫度的提高均有明顯下降。而-50 ℃沖擊功則在710 ℃，即［P］=20.0時(shí)顯示了最高值，為保證接頭的綜合力學(xué)性能，合理的熱處理規(guī)范為［P］=20.0，即回火溫度710 ℃，保溫2 h。④選用TGS-2CM焊絲，焊縫的脆化敏感性系數(shù)均低于控制指標(biāo)，焊接線能量控制在10～20 kJ/cm，回火參數(shù)［P］取20.0時(shí)，焊縫和熱影響區(qū)的塑脆轉(zhuǎn)變溫度低，接頭步冷處理后脆化溫度增量小，接頭韌度貯備大，抗回火能力強(qiáng)，因此在高溫下使用其安全裕度大，不會發(fā)生脆性斷裂。