HK—40炉管与15CrMo法兰的焊接

胡荣昌（锦西石化分公司工程公司， 辽宁 125001）

HK—40炉管与15CrMo法兰的焊接

胡荣昌（锦西石化分公司工程公司， 辽宁 125001）

锦西石化分公司制氢装置转化炉检修中，施工单位进行了HK—40炉管与15CrMo法兰的焊接。结合这次焊接，本文叙述了HK—40钢和15CrMo钢的焊接特点；介绍了焊材的选择、焊接方法和检查方法；通过焊接实践，给出了焊条选择、焊接和检查要点。

制氢；HK—40炉管；15CrMo法兰；焊接

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29根炉管，规格为Φ127×12×12700，其中HK—40炉管8根，炉管上下法兰材质为15CrMo。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15CrMo钢的焊接特点

（1）HK—40炉管的焊接特点 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：一是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。二是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。三是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。

（2）15CrMo钢的焊接特点 15CrMo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15CrMo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15CrMo焊接性变差，容易产生冷裂纹。

15CrMo焊接主要注意：焊前需要预热；焊接过程中保持一定的层间温度；焊后缓冷或热处理。根据《石油化工异种钢焊接规程》SH3526—92规定，15CrMo与HK—40焊接应选用A407焊条，当使用温度高于550℃，且焊接接头承受较高应力水平时，应选用镍基焊接材料。

2 焊接存在的问题

HK—40和15CrMo的焊接是异种钢，焊接中存在以下问题：一是两种钢焊接性都很差，HK—40炉管焊接中容易产生热裂纹，15CrMo法兰焊接容易产生冷裂纹；二是导热性和线膨胀系数相差较大，HK—40的线膨胀系数是15CrMo的1.5倍，而导热系数为15CrMo的1/3，在焊接或热处理过程中产生较高的内应力；三是焊接层间温度过高，HK—40容易产生热裂纹，层间温度过低，15CrMo可能产生冷裂纹，要选择适当的层间温度；四是焊后热处理不能消除内应力，只能使内应力重新分布。

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15CrMo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15CrMo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15CrMo的奥氏体焊条。

4 焊接要点

①高合金液体流动性差，密度又大，容易产生未熔合，铁水下坠。坡口为75±5度V型坡口，钝边为0.5～1mm，对口间隙为2.5±0.5mm，错边量小于0.5mm，超过的用机械方法局部削除。另外，选择75度坡口也可以防止热裂纹产生。②母材坡口着色检查，确认坡口无缺陷后再组对。③组对前，坡口两侧50mm内清除油污、水、涂写记号，以减少焊缝中的氢和不明化学成分。④定位焊采用氩弧焊对称四点点焊，焊肉长20～25mm。正式施焊前，焊点两端磨成缓坡型，点焊过程与正式焊相同，焊点要进行着色检查，确认无缺陷后才能正式焊接。⑤每焊一层后都进行着色检查，确认无缺陷后才能进行下层焊接。⑥15CrMo焊接要求预热温度为150～250℃，HK—40要求层间温度不高于100℃。热裂纹是焊接的主要矛盾，焊接时要求层间温度不高于100℃。⑦焊接采用小规范短弧焊，焊条摆动要小，分四层焊完，第一层为氩弧打底焊，第二、三层为手工电弧填充焊，第四层为盖面焊。⑧焊接24小时后，重点检查15CrMo侧焊缝热影响区，确认无延迟裂纹后再安装。

5 结语

通过焊接实践证明，工程公司已经掌握了15CrMo与HK—40的焊接方法；以后应加强这方面的技术储备工作，做些高合金钢炉管的焊接工艺评定。

［1］石油化工铬镍奥氏体钢、铁镍和镍合金管道焊接规程［M］.SH/T3523—1999.

［2］石油化工管式炉碳钢和铬钼钢炉管焊接技术条件［M］. SH3085—1997.

［3］石油化工异种钢焊接规程［M］.SH3526—92.