乙烯裝置P91 管道焊接分析及問題對策

李華兵

（中國石油廣東石化公司化工生產(chǎn)一部，廣東揭陽 515200）

0 引言

A335 P91 為超高壓蒸汽管道，管壁厚可達46.02 mm，含鉻、鉬元素較多，淬硬傾向大，若焊接時冷卻過快，易產(chǎn)生冷裂紋和延遲裂紋。因管徑大、管壁厚，預熱、層間溫度保持及焊后熱處理難度大。2021 年10 月10 日，乙烯裝置P91 焊接完成技術交底，開始進行焊接作業(yè)，發(fā)現(xiàn)保溫層厚度表面溫度過高等問題，經(jīng)過復檢合格，允許焊接作業(yè)。后續(xù)發(fā)現(xiàn)硬度值偏高或者偏低情況，部分硬度值在150 以下。

以外徑609.6 mm、壁厚46.02 mm 規(guī)格管道，管線號3100-SS-900502 的11#口為例，文中均為布氏硬度值，其中每個試驗位置應至少進行3 次實驗，并計算其算術平均值，如果硬度值相互之差超過20 HL，應增加試驗次數(shù)，并計算算術平均值?，F(xiàn)場最終測得硬度值見表1。

表1 11#焊口最終測得硬度值 HB

1 焊接、熱處理工藝及過程介紹

1.1 焊接工藝及過程

A335 P91 焊條E9015-B91 不能重復烘烤，焊劑F9PZ（OP 90 W）不能重復烘烤。

焊接采用管道自動焊，工廠化預制采用氬弧焊打底和埋弧焊填充蓋面或氬電聯(lián)焊的工藝，焊接材料選用見表2。工藝管道焊接采用V 形坡口或雙V 形坡口，要求坡口形式應符合焊接技術交底、工藝卡的要求。當管道壁厚14≤δ＜20，宜采用V形坡口（圖1）；當管道壁厚20≤δ＜60，宜采用雙V 形坡口（圖2）。

圖1 對接坡口

圖2 雙V 形坡口

表2 焊接材料選用

A335 P91 管子的切割及坡口加工采用機械方法；如果采用等離子或火焰方法加工坡口時，需要采用冷加工法去除影響焊接質量的表面層，并通過硬度檢測進行復驗，坡口表面硬度不得大于241 HBW。坡口加工后進行外觀檢查，坡口表面要求無裂紋、分層等缺陷，并進行100%表面PT 檢測，Ⅰ級合格；如有缺陷就及時磨除，直至檢測I 級合格。

1.2 預熱溫度及后熱溫度

A335 P91 材質焊后宜冷卻到80～100 ℃，保溫1～2 h 后立即進行焊后熱處理。若不能及時進行熱處理，焊接完畢后立即進行后熱：A335 P91 材質焊后冷卻到80～100 ℃，保溫1～2 h 后進行后熱，后熱溫度為300～350 ℃，保溫時間不少于2 h。

焊接過程中層間溫度不得低于預熱溫度，一般控制在200～250 ℃。層間溫度過高時應停止焊接，并聯(lián)系熱處理工及時調整參數(shù)，確保層間溫度在規(guī)范要求內，焊接溫度具體見表3。

表3 焊接溫度

同一部位焊縫的返修次數(shù)不應超過1 次，焊縫返修應按照原焊接工藝執(zhí)行，但預熱溫度應較原工藝提高50 ℃，預熱范圍宜適當擴大；第2 次返修時，割口重焊，并做好標識。

1.3 焊后熱處理

根據(jù)設計文件及標準規(guī)范要求，A335 P91 管道需要進行焊后熱處理。

管道焊縫焊接完成、經(jīng)外觀檢查合格后可立即進行焊后熱處理。熱處理人員迅速捆綁電加熱片、包裹保溫棉、開啟熱處理設備。管道焊縫焊后熱處理溫度、保溫時間、升溫溫度、降溫溫度見表4。

表4 焊后熱處理溫度及保溫時間

2 硬度問題分析

開始焊接時，以1#焊口（壁厚46.02 mm）為例，升溫速度為110 ℃/h，降溫速度為140 ℃/h。根據(jù)Q/SY 06082—2017《中合金熱強鋼管道焊接及熱處理施工規(guī)范》要求硬度值180～241 HBW，焊口硬度值存在普遍偏高現(xiàn)象，硬度值見表5。分析認為主要為熱處理升降溫速度過快，將升溫速度調整為100 ℃/h，降溫速度調整為130 ℃/h，測得硬度值見表6。

表5 1#焊口第一次測得硬度值 HB

由表6 可見硬度值得到明顯得下降，通過不斷的調整升降溫速度，得出降低10 ℃/h 可得到最佳硬度值。但是硬度值出現(xiàn)偏低現(xiàn)象，繼續(xù)分析其他原因，初始焊接速度約為33 cm/min，焊接線能量為22.8 kJ/cm。經(jīng)過分析焊接速度存在過快導致焊接線能量過大，致使熱量不能有效的散失，存在過燒現(xiàn)象，逐步調整焊接速度至26 cm/min，焊接線能量為12.4 kJ/cm，11#焊口得到最終硬度值見表1。

表6 1#焊口第二次測得硬度值HB

表1 中11#焊口熱影響區(qū)硬度值157，還是存在偏低現(xiàn)象，其他區(qū)域正常。此時，懷疑是硬度儀測量誤差問題，通過金相分析可以判斷焊接是否合格。

3 金相分析

對檢驗部位進行機械打磨拋光，使用三氯化鐵鹽酸水溶液擦蝕。

隨機選取4 個焊口（圖3）進行金相檢驗，檢驗位置見表7。金相分析由專業(yè)機構進行。

圖3 4 個檢測焊口位置

表7 金相檢驗位置

圖4 11#熱影響區(qū)金相照片500X

圖5 51#熱影響區(qū)金相照片500X

圖6 56#熱影響區(qū)金相照片500X

圖7 56#直管母材金相照片500X

4 結束語

通過多種手段，乙烯裝置解決了P91 硬度值偏高的問題，通過優(yōu)化測溫熱電偶布局解決了熱處理溫度偏差的問題，后期又通過降低焊接速度、降低焊接線能量，綜合金相分析的方法，金相分析只有回火馬氏體，沒有其他成分，焊接質量合格。及時破解了硬度值偏低問題，保證了焊接質量。