A335 P11与A312 TP321H异种刚焊接方案的优化.docVIP

A335 P11与A312 TP321H异种刚焊接方案的优化 通过在SA335 P11 耐热钢端堆焊镍基合金过渡层，进行热处理和然后再与A312 TP321H 不锈钢管的焊接，从而兼顾了耐热钢需要焊后热处理及不锈钢需保持防腐性能和抗晶间腐蚀的问题，详细的介绍在焊接过程中的工艺技术和焊接注意事项，成功地运用于乙烯裂解尾油炉的二次注汽的混合器的焊接修复。 A335 P11A312 TP321H堆焊焊接工艺 1 前言 独山子石化百万吨乙烯装置中的加氢尾油裂解炉（6#～8#炉）二次注汽混合器（10-M-0604A/B～0804A/B）的本体采用了材料为A312TP321H，管嘴采用了A312 TP321H 同心大小头、规格为？406.4×9.53/323.3×9.53。与之相连的过热稀释蒸汽线为耐热钢A335 P11、规格为？323.3×9.53。该管线设计温度：P11侧550℃；321H 侧610℃。设计压力：0.9MPa。A335 P11 与A312 TP321H 原焊接工艺采用：焊丝Φ2.4?LERNiCr-3 打底；Φ3.2?LENiCrFe-2填充、盖面；不预热，间温度控制在 100℃。在实际运行过程中，效果不够理想，经常出现裂纹；裂纹的位置在焊缝靠近A335 P11 侧，属贯穿性裂纹。（裂缝断面切口见下图） 〓〓2 原因分析 A335 P11 钢是一种珠光体耐热钢，它具有良好的抗高温氧化性、较高的高温强度和优良的耐腐蚀性能（化学成分见表1）。A312 TP321H 是一种奥氏体耐热不锈钢，它同样具有良好的抗高温氧化性、较高的高温强度和优良的耐腐蚀性能，（化学成分见表2）。P11 珠光体耐热钢与TP321H奥氏体耐热不锈钢进行焊接时，金属组织和化学成分都不相同，物理性能差别较大，异种钢焊接后，特别是使用温度较高的工况下，焊缝出现的问题较多。具体表现在以下几个方面： （1）焊缝化学成分的不均匀性。由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有明显差别，随着母材厚度、焊缝形状、焊丝类型、焊接电源、焊接电流、焊接速度、焊接位置等不同，焊接熔池大小就会发生变化，母材的熔化量也随之改变，熔敷金属与母材熔化区化学成分的浓度相互稀释的作用将发生变化，从而导致了焊接接头各区域化学成分的不均匀性。（表十一中得到证明） （2）P11 与321H 在较高使用温度下，许用应力相差较大。以管线设计温度550℃（1050?H）为例：依据ASME B31.3-2010 查Table A-1 得到P11 与321H 基本许用应力对比表（见表三）：二者相差接近三倍，焊后应力集中较明显。 （3）金相组织的不均匀性。由于熔化的母材金属和填充金属在熔池内部和熔池边缘相互混合的情况是不同的，在熔池靠近焊缝边界的很窄范围内存在不完全混合区，因这种成分上的过渡变化是因为熔池凝固特性而造成的，所以称为凝固过渡层。由于焊接接头的化学成分不均匀，在经历了焊接热循环作用后，焊接接头各区域也将出现不同的金相组织，在局部的地方不可避免的出现比较复杂的组织结构。 （4）接头各区域性能的不均匀。焊接接头化学成分和金相组织的差异，引起了焊接接头力学性能的不同，沿焊接接头各区域的强度、硬度、塑性和韧性都有很大差别。 （5）焊接残余应力分布不均匀。由于接头各区域具有不同的塑性，此外，材料导热性也存在差异，将引起焊接热循环温度场的变化，是引起焊接残余应力分布不均匀的主要因素。 P11 由于含有一定量的合金元素，按碳当量公式求得其碳当量Ceq值： Ceq C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5 +（Ni+Cu）/15（%）；得出：Ceq 0.892% Ceq的值较大，对P11 必须采取一些工艺措施如焊前预热；并严格控制工艺参数，才能防止冷裂纹的产生。同时也可以参见ASME B31.3-2010Table 330.1.1 焊接预热温度的规定：（见表四） （6）材质的线性热膨胀系数差异较大。由于，线性热膨胀系数差异较大造成使用过程中存在温差应力较大；而且应力绝大部分集中于焊缝周围；是造成使用后产生裂纹的原因之一。依据ASME B31.3-2010 查Table C-3得到P11 与321H 平均线性热膨胀系数（21℃至550℃ 约1050?H之间）。 3 焊接方法及焊接材料选择 3.1 焊接方案的确定 P11 珠光体耐热钢和TP321H 奥氏体不锈钢的异种钢焊接，常用的有三种方案： （1）直接焊接方法。该法采用镍基焊接材料直接完成焊接。但存在是否焊后热处理的问题。热处理：对消除焊后残余应力特别是对防止珠光体钢侧产生裂纹有积极的作用，但进行热处理又会加剧引起碳迁移形成薄弱的脱碳层和增碳层，引起奥氏体钢侧耐腐蚀的降低及拘束条件下焊缝中产生裂纹等许多问题。这种焊接方案在使用过程中效果不理想。不热处理：焊后残余应力没有