incoloy800ht材質(zhì)管道的焊接及熱處理李雪梅     郁東鍵 （中國石化集團(tuán)第四建設(shè)公司，天津 300270） 摘要：本文對incoloy800ht管道進(jìn)行了焊接性分析，通過焊接工藝評定制定了合理的焊接工藝及熱處理工藝，用于指導(dǎo)生產(chǎn)，保證了焊接質(zhì)量。 關(guān)鍵詞： incoloy800ht     焊接及熱處理      工藝 0前言

由于incoloy800ht具有耐高溫和高耐腐蝕性，因此在石油化工、冶金等工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在高溫工況下更是得到較好的應(yīng)用。如2003年，我公司施工的50萬噸/年乙苯/苯乙烯裝置中的高溫工藝管線設(shè)計(jì)采用了iincoloy800ht，其中管線的設(shè)計(jì)溫度為927℃，操作溫度844℃。設(shè)計(jì)要求，要對此材質(zhì)進(jìn)行焊后熱處理，以得到該溫度范圍 佳性能的晶粒度。1 incoloy800ht的焊接性分析 incoloy800ht屬于鐵鎳合金，具有耐腐蝕、高強(qiáng)度和耐高溫氧化性能，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。incoloy800ht焊接時(shí)易發(fā)生以下問題：                         表1 incoloy800ht的化學(xué)成分及力學(xué)性能

 

c

mn

si

s

cr

ni

fe

cu

ti

al

ti+al

 

0.06~0.10

≤1.5

≤1.0

≤0.015

19.0~23.0

30.0~35.0

≤39.5

≤0.75

0.15~0.60

0.15~0.60

0.85~1.20

抗拉強(qiáng)度σb （mpa）

屈服強(qiáng)度σs （mpa）

延伸率δ₅（%）

 

≥170

≤450

≥30

 

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

 

1.1熱裂紋incoloy800ht具有高的焊接熱裂紋敏感性，在弧坑處易產(chǎn)生火口裂紋。首先晶間液膜是引發(fā)鎳基合金單相奧氏體焊縫凝固裂紋的 主要的冶金因素。母材中硫含量小于0.015%的，配用焊絲及焊條中硫含量也應(yīng)控制在0.015%以內(nèi)，含硅量均需嚴(yán)格控制。必須防止上述有害元素的混入，因此焊前徹底清除含硫或鉛的一些污物是很必要的工序；選用與母材匹配的焊接材料是防止焊接熱裂紋的重要措施。另外焊接區(qū)的應(yīng)變或應(yīng)變速率是影響產(chǎn)生焊接熱裂紋的力學(xué)因素。一般情況下采用合理的裝配與焊接次序、選用較小的線能量、及時(shí)填滿弧坑等工藝措施對防止熱裂紋均是有益的。1.2焊接熱循環(huán)的影響在焊接的熱作用下，焊縫和基本金屬容易過熱，造成晶粒粗大，使接頭力學(xué)性能和耐腐蝕性能下降。焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度。1.3焊接氣孔的敏感性incoloy800ht流動性偏低，在焊接快速冷卻的凝固條件下，極易產(chǎn)生氣孔；在氧化性焊接氣氛下氣孔形成機(jī)率影響更大，在還原性較大時(shí)氫氣孔也是敏感的。在焊前必須清除坡口及其附近區(qū)域的氧化皮、各種涂料油漆等，更好的防止焊縫氣孔。1.4夾渣由于incoloy800ht液態(tài)焊縫金屬流動性和潤濕性差，穿透力小，熔深淺，容易產(chǎn)生未焊透、夾渣、未熔合等缺陷。焊接時(shí)宜采用多層多道焊，每道焊完應(yīng)進(jìn)行檢查。2焊接工藝評定 2.1試件用于焊接工藝評定的incoloy800ht材料標(biāo)準(zhǔn)為asme sb-409，采用的試件是從1067×23.81mm的管上截取的一部分，具體的化學(xué)成分見表2。2.2焊材用于焊接工藝評定的焊接材料為：焊絲inconel617，規(guī)格：φ2.4；焊條inconel117，規(guī)格：φ3.2。2.3根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，焊接坡口采用單面v形坡口。2.4采用立焊位置焊制焊接工藝評定試板。 2.5試板經(jīng)焊接、熱處理后外觀檢查合格，內(nèi)部質(zhì)量經(jīng)x射線探傷達(dá)到j(luò)b4730-94 i 級，合格。2.6工藝評定結(jié)果我們按asme ix《焊接和釬焊評定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定檢驗(yàn)試樣，測定性能，沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷，評定合格。力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

  表2工藝評定用incoloy800ht材料化學(xué)成分 c mn s fe si cu ni cr al ti ti+al 0.08 0.64 0.001 47.06 0.10 0.17 30.97 19.91 0.41 0.46 0.87 表3力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果 試件規(guī)格（mm） 抗拉強(qiáng)度（mpa） 斷裂部位 試樣類型 彎心直徑（mm） 彎曲角度(゜) 試驗(yàn)結(jié)果 19.2×21.6 645 母材 ∕ ∕ ∕ ∕ 19.0×21.6 600 焊道 ∕ ∕ ∕ ∕ 22×10 ∕ ∕ 側(cè) 彎 φ40 180 合格 22×10 ∕ ∕ 側(cè) 彎 φ40 180 合格 22×10 ∕ ∕ 側(cè) 彎 φ40 180 合格 22×10 ∕ ∕ 側(cè) 彎 φ40 180 合格  

3incoloy800ht的焊接及熱處理工藝    從incoloy800ht的焊接性分析可以看出，在焊接該鋼種時(shí)應(yīng)注意四個(gè)基本問題：一是正確選用與母材匹配的焊接材料；二是接頭型式；三是焊前清理；四是選用合適的工藝參數(shù)。3.1焊接材料選用根據(jù)incoloy800ht鋼焊接性分析及國外做同鋼種工藝評定的施工經(jīng)驗(yàn)，選用與母材化學(xué)成分相近的焊材。所選用的焊材為：焊絲inconel617，焊條inconel117。氬弧焊時(shí)采用背面充氬保護(hù)，氣體流量為10 l/min ~12l/min。3.2接頭型式為保證接頭的熔透，接頭形式應(yīng)選用較大的坡口角度和較小的鈍邊的形式，焊件切割及坡口加工宜采用機(jī)械方法，當(dāng)采用等離子切割時(shí)，應(yīng)清理其加工表面。焊接接頭采用v型坡口，坡口間隙2-3mm，接頭簡圖見圖1所示：

70゜ 2mm-3mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9  

 圖1焊接接頭型式簡圖3.3焊前清理清潔是成功焊接鎳合金的重要條件之一。焊件組對前，應(yīng)對坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，油污可用丙酮脫脂，對不溶于脫脂劑的漆和其它雜物，可用氯甲烷、堿等清洗劑清洗，被壓入焊件表面的雜物可用磨削或10%鹽酸溶液清洗。并用水沖凈，干燥后方能焊接。3.4焊接工藝參數(shù)
當(dāng)焊件溫度低于15℃時(shí),應(yīng)對焊縫兩側(cè)各300mm范圍內(nèi)加熱至15~20℃，且應(yīng)熱透，層間溫度低于100℃。氬弧焊時(shí)，電流為直流，極性為正極性，焊接電流為70a~100a，電壓為13v~18v，焊接速度5cm/min~7cm/min。手工電弧焊時(shí)，電流為直流，極性為反極性；焊接電流為80a~130a，電壓為25v~32v，焊接速度5cm/min ~10cm/min。3.5焊后熱處理當(dāng)材質(zhì)在855℃以上的工況下使用時(shí)，為了消除焊接殘余內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，以提高材質(zhì)的高溫抗氧化性能，避免高溫時(shí)效下工作產(chǎn)生裂紋。焊后熱處理溫度為900℃±10℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)，熱處理采用電阻爐進(jìn)行整體熱處理。熱處理工藝參數(shù)如下表4，熱處理曲線見圖2。 表4焊后熱處理參數(shù) 熱處理 溫度（℃） 恒溫 時(shí)間 升 溫 速 度 冷卻速度 900℃±10℃ ≥2h 500℃以下，加熱速度不超過150℃/h，500℃到850℃加熱速度不超過100℃/h，850℃時(shí)恒溫0.5h，850以上，加熱速度不超過50℃/h 保溫狀態(tài)下緩冷  

0 7.5 500 t（℃ 850 900 3.5 11 8 9 t(h 保溫狀態(tài)下自然冷卻
圖2   熱處理曲線

4焊接實(shí)際應(yīng)用 我們在50萬噸/年乙苯/苯乙烯裝置中的高溫工藝管線的焊接施工中，針對incoloy800ht的焊接特點(diǎn)，制定了正確焊接工藝，并結(jié)合焊接工藝評定編制焊接工藝指導(dǎo)書，用于指導(dǎo)生產(chǎn)，由于公司首次使用此種焊材，所以對所有參加施焊的焊工進(jìn)行了有針對性的焊接操作技能培訓(xùn)和考試。施工中，除了嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝外，還要注意以下幾方面：（1）鎢極氬弧焊時(shí)，底層焊及第二層焊接時(shí)，焊縫背面應(yīng)采取充氬保護(hù)，焊接過程中焊絲加熱端必須處于氣體保護(hù)的狀態(tài)，不能用來攪動熔池。（２）焊接時(shí)采用短弧不擺動或小擺動的操作方法。（3）對于小直徑的管子，焊接中宜采取在焊縫兩側(cè)加裝冷卻銅塊或用濕布擦拭焊縫兩側(cè)等措施，減少焊縫的高溫停留時(shí)間，增加焊縫的冷卻速度。（4）焊縫采用多層多道焊時(shí)，底層焊道完成后，應(yīng)采用放大鏡檢查焊道表面；每道焊接后應(yīng)徹底清除焊道表面的熔渣并進(jìn)行表面檢查。（５）焊接過程中，派專人用電子測溫儀監(jiān)控層間溫度。（６）熱處理時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)定的熱處理參數(shù)進(jìn)行。我們通過采用以上的焊接工藝及措施，在50萬噸/年乙苯/苯乙烯裝置高溫工藝管線施工中，一次焊接合格率達(dá)到99%。   參考文獻(xiàn)：1     焊接手冊 機(jī)械工業(yè)出版   1992 1    asme ix 焊接和釬焊評定標(biāo)準(zhǔn)   2002版

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