CN101774059A

CN101774059A - 10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺

Info

Publication number: CN101774059A
Application number: CN200910214215A
Authority: CN
Inventors: 李琦; 张广志; 钟凤标; 黄伟江; 林辉; 魏成权; 刘智勇; 吴睿力; 张卫东
Original assignee: GUANGDONG INDUSTRIAL EQUIPMENT INSTALLATION Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG INDUSTRIAL EQUIPMENT INSTALLATION Co Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2010-07-14

Abstract

本发明公开了一种10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺，包括行化学成分和焊接性分析、焊接坡口的确定、坡口清理、坡口对接、对管道进行定位焊、焊接工艺参数确定、管道底部层焊缝的焊接、盖面层的焊接等步骤，通过对以上过程的严格控制，焊缝外观检查100％合格，射线检测一次合格率达98％，满足了10CrMoAl在高工作压力、耐腐蚀性、长寿命方面的特殊要求，取得了较好的经济效益和社会效益，具有较好的推广应用价值。

Description

10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接技术领域，特别是一种10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺。

背景技术

10CrMoAl耐海水腐蚀钢管具有很强的耐腐蚀性和抗磨性，安装施工方便。材料中的铝，能与空气中的氧发生化学反应生成Al₂O₃(三氧化二铝)的保护膜，既防腐又耐腐、防磨。10CrMoAl中的铬、钼离子在海水中能自动补充氯离子对钢材点腐蚀形成的空隙，形成致密保护层，阻止点腐蚀向纵深发展，进而增加耐腐作用，促使使用寿命加长。10CrMoAl耐海水腐蚀管材价格仅为1Cr18Ni9Ti同种规格管材价格的一半，与Q235防腐管的价格基本相等，而使用寿命是它们的5至10倍；10CrMoAl管使用寿命与进口钛管相当，而钛管价格为30万/吨，是10CrMoAl管的10倍以上。因此，10CrMoAl管材是沿海电厂、沿海油田、沿海天然气及石化厂输送水、油气及含海水介质的最理想的管路及加工件制作材料。根据上述工作环境和技术要求，10CrMoAl无缝钢管属于耐海水腐蚀的特殊用低合金高强度钢的类型，同时又是我国大力宣传和推广应用的耐腐蚀钢。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明的目的在于提供一种对焊接性分析、焊接过程、焊条成份进行控制的有效确保10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接质量的焊接工艺。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺，包括下述步骤：

(1)对10CrMoAl钢管进行化学成分和焊接性分析，加入的Mo、Al等元素具有细化晶粒，改善焊缝的凝固结晶组织，计算10CrMoAl材料的冷裂纹敏感系数Pcm，判断钢材的淬硬倾向，如淬硬倾向小，则不需要预热及焊后不作热处理；

(2)焊接坡口的确定，对于10CrMoAl耐海水腐蚀管道的焊接，由于管壁比较厚，坡口形式采用单面V型坡口，在保证焊透和有利于操作的前提下尽量开小坡口角度，坡口越大，焊缝断面积越大，焊后变形量和热输入越大，应力也相对比较大；

(3)坡口清理，对口前必须把坡口内外两侧面一定范围内的油污、毛刺及其它对焊接有害杂质清理干净；

(4)坡口对接，对口间隙不能太小，便于焊条的送入；

(5)对管道进行定位焊，采用直接在焊件上正式施焊固定，定位焊时采用与正式施焊时一样的焊接规范，定位焊不得有缺陷，在定位焊后对每点定位焊进行修整，使起弧和收弧端都形成带斜坡状的焊接过渡区以保证正式焊接时的驳接质量，同时清除起弧和收弧端的缺陷；

(6)焊接工艺参数的确定，采用手工电弧焊；

(7)管道底部层焊缝的焊接，底部层焊接焊枪作横向月牙形摆动，先在6点钟位置起弧焊接到9点半定位焊处，在焊接过程焊条端头保持不离开熔池并不断填入和向前移动，这样可以提高焊条的熔化速度和让焊条分担了一部分热量，减小焊件线能量输入和焊条端部氧化，在焊接底部6点到7点位置时要注意焊条均匀送入速度，以免底部出现内凹形象，收弧时应减慢焊接速度，增加焊条填充量，填满熔池以免出现弧坑、热裂纹和缩孔；

用同样方法完成6点到3点定位焊位置的焊接，这时可以检查下半部分焊缝的熔合情况，发现问题可以立即处理，接着焊接2点半至12点位置，再回头焊完9至12点位置，在12点位置焊接收口时要注意温度的控制，温度太高容易产生焊瘤，温度太低或焊接速度太快容易产生末熔合或气孔，由于在定位焊时留有轻微的反变形，其弯曲量在1°左右，这样为以后的焊接提供了一个变形量，因其能够自由收缩，焊接残余应力和应力集中也得到相应的降低；

(8)管道盖面层的焊接，盖面层焊接作横向月牙形摆动，层间温度应控制在100-150℃，管的两侧焊缝施焊都是在管底起弧管顶部收弧，上下层的接头部位应错开，这样每道焊的热量都比较集中在顶部，即每道焊的冷收缩量都是向上收缩，因此可以抵消了对口前预留的弯曲变形量，减少焊后收缩引起的弯曲和分散应力集中。

进一步，在步骤(2)中，坡口角度为60～65°度。

进一步，在步骤(4)中，错边量不得超过壁厚的10％且小于1mm，间隙为2.5-3mm。

进一步，在步骤(5)中，定位焊时采用与正式施焊时一样的焊接规范，长度为20-30mm，位置在6点至5点半点钟、3点至2点半钟，8点半至9点钟、11点半至12点钟，定位焊不得有缺陷。

进一步，在步骤(6)中，采用手工电弧焊，焊条采用H03专业焊条，焊条直径为Φ3.2mm，直流反接，焊接电流为95～110A，电弧电压为21～22V，焊接速度控制在4～8cm/min。

本发明的有益效果是：本发明通过对以上过程的严格控制，焊缝外观检查100％合格，射线检测一次合格率达98％，满足了10CrMoAl在高工作压力、耐腐蚀性、长寿命方面的特殊要求，取得了较好的经济效益和社会效益，具有较好的推广应用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明焊接坡口及间隙示意图；

图2为本发明的定位焊示意图；

图3为本发明焊接顺序示意图；

图4为本发明焊条的焊接示意图；

图5为本发明焊缝结构示意图

图中：焊件1，坡口2，焊条3，底部层焊缝4，盖面层5。

具体实施方式

本发明的10CrMoAl耐海水腐蚀钢管的焊接工艺，包括下述步骤：

1)化学成分及焊接性分析

10CrMoAl耐海水腐蚀钢管其管道及管道组成件的化学成分见表一所示。

表一10CrMoAl钢管及管道组成件的化学成分

化学成分	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Al	V	Cu
化学成分	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Al	V	Cu	厂家提供的材料含量(％)	0.08	0.33	0.54	0.012	0.007	0.05	1.05	0.27	0.79	0.01	0.06

对一些低合金高强度钢，当碳当量C_eq≤0.4％时，焊接时基本无淬硬倾向，焊接性良好，不须采取预热和严格控制焊接线能量等措施，当0.4％＜P_cm≤0.6％时，淬硬倾向不明显，焊接性尚可，当C_eq＞0.6％时，淬硬倾向显著，冷裂纹倾向随之增加，为了避免冷裂纹，要求采取严格的工艺措施，如预热、控制线能量和焊后热处理等。

根据10CrMoAl钢管化学成分分析，加入的Mo、Al等元素具有细化晶粒，改善焊缝的凝固结晶组织。计算10CrMoAl材料的冷裂纹敏感系数Pcm：

P_cm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(％)＝0.1933

根据对10CrMoAl材料的碳当量计算得出的P_cm约为0.1933左右，说明该钢材型号的淬硬倾向不明显，焊接性能好，焊接时一般不需要预热及焊后不作热处理。

根据工程项目的实际焊接施工情况，对10CrMoAl管道进行手工电弧焊焊接工艺评定。手工电弧焊焊接工艺评定，选用专用焊条H03，H03焊条熔敷金属化学成分如表二所示。

表二H03焊条熔敷金属化学成分

化学元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Al	Cu
化学元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Al	Cu	化学成分(％)	0.06	0.37	0.45	0.018	0.019	0.43	-	0.39		0.33

焊接工艺评定焊接记录包括所有焊接参数(包括电流、电压、极性、焊材牌号、规格、保护气体种类及流量等内容)，评定进行拉伸、弯曲试验，X射线检测。具体的试验结果如表三所示。

表三10CrMoAl耐海水腐蚀管道焊接工艺评定理化试验及

探伤检测结果

以下为关于焊接过程控制

如图1、图2和图5所示，无论是任何焊件1，首先要在焊件1上开相应的角度坡口2，坡口2角度为60～65°度；组对，保证焊缝间隙为2.5～3mm；然后进行焊接。

其中，步骤(2)为焊接坡口的确定，对于10CrMoAl耐海水腐蚀管道的焊接，由于管壁比较厚，坡口形式采用单面V型坡口。在保证焊透和有利于操作的前提下尽量开小坡口的角度，坡口越大，焊缝断面积越大，焊后变形量和热输入越大，应力也相对比较大。经过多次的焊接试验，坡口角度控制在60～65°之间，保证了焊缝的全熔透，保证了焊接质量，焊后效果比较好。

图1-图5，给出了施焊顺序，完成角度坡口2和焊缝间隙的确定后，按以下步骤进行焊接：

(3)坡口清理：对口前必须把坡口内外两侧面15mm范围内的油污、毛刺及其它对焊接有害杂质清理干净。

(4)坡口对接：对口间隙不能太小，便于焊条的送入，错边量不得超过壁厚的10％且小于1mm，间隙为2.5～3mm，其焊缝错变量得到很好的保证。

(5)10CrMoAl耐海水腐蚀管道定位焊，采用直接在焊件上正式施焊固定，定位焊时采用与正式施焊时一样的焊接规范，长度为20～30mm，固定焊位置如图1、图2所示，定位焊不得有缺陷。在定位焊后用手提砂轮机对每点定位焊进行修整，使起弧和收弧端都形成带斜坡状的焊接过渡区以保证正式焊接时的驳接质量，同时清除起弧和收弧端的缺陷。

(6)焊接工艺参数的确定，采用手工电弧焊，焊条采用H03专业焊条，焊条直径为Φ3.2mm，直流反接，焊接电流为95～110A，电弧电压为21～22V，焊接速度控制在4～8cm/min，保证了施焊过程中产生飞溅小，焊缝成型美观，焊接接头质量高，提高了施工效率。

(7)10CrMoAl耐海水腐蚀管道底部层焊缝的焊接，底部层焊接焊枪作横向月牙形摆动，先在6点钟位置起弧焊接到9点定位焊处。在焊接过程焊条端头保持不离开熔池并不断填入和向前移动，这样可以提高焊条的熔化速度和让焊条分担了一部分热量，减小焊件线能量输入和焊条端部氧化。在焊接底部6点到7点位置时要注意焊条均匀送入速度，以免底部出现内凹形象。收弧时应减慢焊接速度，增加焊条填充量，填满熔池以免出现弧坑、热裂纹和缩孔。

用同样方法完成6点到3点定位焊位置的焊接。这时可以用手电筒检查下半部分焊缝的熔合情况，发现问题可以立即处理。接着焊接2点半至12点位置，再回头焊完9至12点位置。在12点位置焊接收口时要注意温度的控制，温度太高容易产生焊瘤，温度太低或焊接速度太快容易产生末熔合或气孔。由于在定位焊时留有轻微的反变形，其弯曲量在1°左右，这样为以后的焊接提供了一个变形量。因其能够自由收缩，焊接残余应力和应力集中也得到相应的降低。

(8)10CrMoAl耐海水腐蚀管道盖面层的焊接，盖面层焊接作横向月牙形摆动，层间温度应控制在100～150℃，管的两侧焊缝施焊都是在管底起弧管顶部收弧，上下层的接头部位应错开，这样每道焊的热量都比较集中在顶部，即每道焊的冷收缩量都是向上收缩，因此可以抵消了对口前预留的弯曲变形量，减少焊后收缩引起的弯曲和分散应力集中。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，只要其以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims

1.10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺，其特征在于包括下述步骤：

(4)坡口对接，对口间隙不能太小，便于焊条的送入；

(6)焊接工艺参数的确定，采用手工电弧焊；

2.根据权利要求1所述的10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺，其特征在于：在步骤(2)中，坡口角度为60～65°度。

3.根据权利要求1所述的10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺，其特征在于：在步骤(4)中，错边量不得超过壁厚的10％且小于1mm，间隙为2.5-3mm。

4.根据权利要求1所述的10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺，其特征在于：在步骤(5)中，定位焊时采用与正式施焊时一样的焊接规范，长度为20-30mm，位置在6点至5点半点钟、3点至2点半钟，8点半至9点钟、11点半至12点钟，定位焊不得有缺陷。

5.根据权利要求1所述的10CrMoAl耐海水腐蚀钢管焊接工艺，其特征在于：在步骤(6)中，采用手工电弧焊，焊条采用HO3专业焊条，焊条直径为Φ3.2mm，直流反接，焊接电流为95～110A，电弧电压为21～22V，焊接速度控制在4～8cm/min。