■ 焊接技術(shù) 石油工程建設(shè)60低 溫鋼 管 道 的焊接
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江蘇 LNG接收站工程是中石油首批開(kāi)工建設(shè)的 LNG接收站工程之一 ,該接收站站內(nèi)高壓低溫外輸管道采用德國(guó)
EEW 公司生產(chǎn)的 60低溫鋼管。文章介紹了 A671GrCC60低溫鋼管的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接工藝和
熱處理工藝 ,總結(jié)分析了低溫鋼管焊接施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題并提出了解決辦法,后介紹了外輸管道的焊接效果。
關(guān)鍵詞
低溫鋼;天然氣管道 ;焊接工藝 ;熱處理工藝
WeldingofA67]60CryogenicSteelPipeline
JiangsuLNGTerminalisoneofthefirstbatchofconstructionLNGterminalprojectsbuiltbyCNPC.Thepipematerial
ofthehighpressure low tem perature gastransmission pipelineatthe term 60cryogenicsteelthat
was produced by EEW in Germ any.This article introduces the chemicalcom position, m echanicalproperties,
welding processand heattreatmentprocess 60 stee1. analyzes the problems arising frOm welding
constructioncourseandgivesthesolutions,w hichachievegoodw eldingquality.
Keyw ords
cryogenicsteel; naturalgaspipeline; weldingprocess; heattreatmentprocess
江蘇 LNG接收站站內(nèi)天然氣外輸管道采用 A671Gr.
CC60低溫鋼管,主管道長(zhǎng) 416m,規(guī)格為 D711.2mm
X46mm,設(shè)計(jì)壓力 15MPa,設(shè)計(jì)溫度 一46~60。C。
德國(guó) EEW 公司生產(chǎn)的A671GrCC60低溫用電熔化焊
鋼管采用 A516Gr.60中、低溫壓力容器碳鋼板卷制焊接而
成,A516Gr.60鋼板為 ASME規(guī)范推 吏用的無(wú)鍘 氏溫鋼
材料 ,使用溫度 一18—一60。C…。以到貨的爐號(hào)為
833668晰 岡管為例,其1匕 口力學(xué)l、生能 袤1和表2。
依據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì) (IIW )推薦的碳當(dāng)量 C 計(jì)算
公式 :
走 1 鋼爸也 瘋 0 /%
爐號(hào) 833668 0.15 O.20 12O 0.O11 O004 O.006 0.04 O.04 O.04 0.17 O.O1 O.02 O.001 O.001
ASTMA516—2006 ≤0.23 0.13—0.45 0.79— 1.30 ≤0.035 ≤0.035 一 一 ≤ 0.40 ≤034 ≤O.43 ≤0.04 ≤0.03 ≤0.13 ≤ 0.04
2 鋼管力掌忖睡
囊 il 童 愛(ài)l#囊 囊辮 圖墼 童 匿 豳 8麓 葭 l {;; 蘸 匿 l《l 事} 鞭;重 饕霧溺 季圖 Ij §褊 }
爐號(hào) 833668 正火 +回火 386 509 31 105,1OO,139
ASTM A516—2006 正火 +回火 ≥ 220 415~555 ≥ 21 ≥ 18
注:采用 10mm ×10mm ×55mm的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣。
● 68 2014年 4月
魏 明等 :A671GrCC60低溫鋼管道的焊接
Cea= (C)+∞(Mn)/6+(D(Cr+V+Mo)/5+
(Cu+Ni)/15
式中 ∞()——括號(hào)中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù) /%。
將從表 1中查得的各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)代入上式可
得 :C =0.374% (<0l4%),可知該類(lèi)鋼材淬硬傾向
和冷裂傾向較小,焊接性良好。
3.1 焊材 的選用
焊接 技術(shù)_
按照材料 的化學(xué)成分 、力學(xué)性能相匹配的原則 ,
為保 證 良好 的焊接性和焊接 接頭的低溫韌性 ,選用
TIG一80Nil焊 絲與 W506Ni焊 條做 為施 焊 焊材 。焊 材
化學(xué)成分和 力學(xué)性能 見(jiàn)表 3和表 4。
3.2 坡 口加工
3 怦 學(xué)成分 /%
根據(jù)施工聊場(chǎng)的實(shí)際情況,現(xiàn)場(chǎng)坡口加工采用鏈條式
管道火焰自動(dòng)切割機(jī)進(jìn) 行加工 ,切割前采用手工氧 一乙炔
火焰噴槍對(duì)管段待切割位置預(yù)熱 79~110。C,坡口尺寸見(jiàn)
圖 1;坡口表面采用砂輪機(jī)打磨去除氧化皮,對(duì)切割機(jī)割
傷位置進(jìn)行手工補(bǔ)焊,抽取管道 5% 的坡口表面進(jìn)行滲透
檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果不得有 性缺陷,否則應(yīng)加倍抽檢 。
60+ 5。
罔 1 管道坡 口尺寸
33 焊接方法及工藝參數(shù)
焊接層道見(jiàn)圖 2,焊接方法及焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表 5。
41 焊 薊預(yù)熱
按 照 ASMEB31.3—2010和 焊 接 工藝 評(píng) 定 的要 求 ,
焊接前采用電加熱帶對(duì)管道組成件進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度
為 79~150~C,預(yù)熱范圍為坡口中心兩側(cè)各不小于壁厚
圖 2 焊接層通示意
的 5倍 (230mm 以上 )的區(qū)域 ,加熱區(qū)域采用保溫棉
保溫 ;焊接過(guò)程中應(yīng)保持層間溫度在 79—200oC之間,
中途中斷焊接應(yīng)重新預(yù)熱。
4.2 焊后緩冷保溫
因鋼管壁厚大 ,焊后立即將管道組成件加熱至 200
~ 350oC,然后進(jìn)行保溫緩冷,時(shí)間不少于 60min。
4.3 焊后熱處理
磁粉和射線(xiàn)檢測(cè)合格后對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理 ,壁厚 t
為 46mm 的焊縫熱處理曲線(xiàn)如圖 3所示。
焊后熱處理的加熱速度、恒溫時(shí)間及冷卻速度按照
以下規(guī) 定執(zhí) 行 :
(1) 當(dāng)溫度升至 400oC以上時(shí) ,加熱速度不應(yīng)大
于 (512 ) ℃/h,且 ≤ 205oC/h。
(2)焊后熱處理的恒溫時(shí)間為 X2.5min/mm,
表 5 焊陵方法&工藝參 數(shù)
1/1 GTAW TIG一80Nil 2.4 正接 8O一120 12—25
2/1 SMAW W 506Ni 3.2 反接 90—125 22—25
3/1—8/3 SMAW W 506Ni 3.2/4.0 反接 9o一17O 22~25
6 8
6 8
7 10
第 40卷 第 2期 69 ■_
舟
”
l 焊接技術(shù)
石 油 工 程 建 設(shè)
￡≥25mm時(shí),每增加 25mm恒溫時(shí)間增加 0.5h,恒
溫期間與溫差應(yīng)小于 65。C。
(3) 恒溫后冷卻速度不應(yīng)大于 (65OO/￡)~C/h,
且≤ 260~C/h,400oC以下可自然冷卻14]。
(4)采用 JF—D一360熱處理控制設(shè)備。
4l4 硬度檢沏
以某焊口為例,焊口硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 6。
6 A671GrCC601氏c:,La鋮 百通 口慷
蝴 纂 勰蛹酶 蠹 蕊 鬟} 翁灝 饕 域
母材 110 105 113 1D9
焊縫 178 184 184 182
熱影響區(qū) 112 1D3 119 111
SH3501—2011規(guī)定硬度值 HB≤ 200,上表中的
試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明熱處理工藝滿(mǎn)足要求。
51 熱裂級(jí)
熱裂紋的產(chǎn)生與焊縫金屬結(jié)晶過(guò)程中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)
偏析的數(shù)量及分布有關(guān),必須有針對(duì)性地提高焊材技術(shù)
要求 ,嚴(yán)格控制 S、P元素的含量 ,每批焊材均需要廠(chǎng)
方進(jìn)行工藝性試驗(yàn)并提交材料試驗(yàn)報(bào)告。
5.2 低溫訓(xùn) 性降低
為保證焊縫具有較高的低溫韌性 ,在焊接過(guò)程中必
須控制焊接熱輸入量和層間溫度。因此 ,應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行技
術(shù)交底 ,嚴(yán)格控制焊工焊接層道的寬度和厚度。
氣孔主要出現(xiàn)在焊縫填充層。主要原因是海邊環(huán)境
濕度大、風(fēng)大 ,焊材易受潮 ,因此 ,應(yīng)加強(qiáng)過(guò)程檢查 ,
要 求施 工班組做好擋風(fēng)措施 、使用焊條保溫桶 。
焊工焊接作業(yè)的熟練程度有關(guān),包括對(duì)工藝指導(dǎo)書(shū)中焊
接工藝的掌握 ,應(yīng)選用技能過(guò)硬、責(zé)任心強(qiáng)的焊工。
55 翠營(yíng)固定焊_】 線(xiàn) 檢測(cè)
由于管道壁厚 大 ,對(duì)于預(yù)制 焊口和直 管段焊 口現(xiàn) 場(chǎng)
采用 X射線(xiàn)機(jī)中心曝光檢測(cè) ,在 y源無(wú)法進(jìn)入施工現(xiàn)
場(chǎng)的情況下 ,膨脹節(jié)位置和垂直管段的固定焊口無(wú)法進(jìn)
行 射線(xiàn)檢測(cè)。采取措施如下 :
(1)合理安排管道預(yù)制川頁(yè)序,優(yōu)先施工直管段。
(2)適當(dāng)加大膨脹節(jié)的預(yù)制深度。
(3)做好管道安裝與無(wú)損檢測(cè)工作的交叉配合。
(4) 采用射線(xiàn)和超聲波聯(lián)合檢測(cè)的方式完成固定
焊口的無(wú)損檢測(cè)。
56 低渝閥一焊縫 焊接與熱處理
由于焊接和熱處理過(guò)程對(duì)閥門(mén)的加熱作用會(huì)導(dǎo)致閥
體過(guò)熱變形,影響閥座的密封性。采取措施如下 :
(1)預(yù)熱和焊接過(guò)程中保證閥門(mén)的適度開(kāi)啟。
(2)嚴(yán)格控制焊工的焊接速度 ,在保證層間
溫度的前提下盡量放慢焊接速度。
(3)在閥門(mén)側(cè)距離焊縫 300mm位置采用棉布包
裹閥體表面,安排專(zhuān)人不間斷地在棉布上面淋水 ,保證
棉布潮濕且無(wú)水流出,并采用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀對(duì)閥體表面
溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控 。
通過(guò)采用合理的焊接和熱處理工藝,施工承包商圓
滿(mǎn)完成了江蘇 LNG接收站站內(nèi)高壓低溫天然氣外輸主管
道的焊接施工任務(wù) ,累計(jì)焊接焊口 1O5道 ,拍片 877
張 ,射線(xiàn)檢測(cè)一次合格率達(dá)到 96.4%,固定口填充層超
聲波檢測(cè) 15道且全部合格。該接收站外輸管道投產(chǎn)運(yùn)
行兩年多來(lái)未出現(xiàn)任何問(wèn)題。
1]陳文 學(xué) A516Gr60低 溫鋼 使用 國(guó)產(chǎn) 焊材 的工 藝研 究 .電 焊機(jī) ,
2011,(6):22—24
2]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè) 第 2卷材料的焊接(第 2版 )
[M】北京 :機(jī)械工業(yè) 出版社 2001
3】SH3501-2011,石油化工有毒、可燃介質(zhì)鋼制管道工程施工及驗(yàn)收
范【S】
4】G