中圖分類號：TG 44； TQ 054　文獻標識碼：B

　　我廠承制的北京燕山石化6 萬t/a乙烯裂解爐對流段，材料全部由日本進口。其中一組爐管材料為Cr-1Mo，規格為?168 mm×27 mm，其設計壓力21.9 MPa，設計溫度516 ℃，屬于高溫高壓工況條件。我廠雖有多年制造裂解爐對流段的經驗，但材料一般以碳鋼為主，且壁厚都在12 mm以內。對于高溫高壓爐管材料的焊接，國內外研究較多的是Cr5Mo及12CrMoV等，但對于厚壁Cr-1Mo爐管的焊接則研究較少。為了合理確定其焊接線能量、預熱溫度及焊后熱處理制度，因此對其進行了探討。

1　焊接方法及焊接材料選擇

　　裂解爐對流段爐管化學成分見表1，力學性能為σ_b=625 MPa,σ_s=498 MPa,ψ=44.1%,HV=193,a_k=257 J。架上焊接位置為水平固定加障礙物，而且焊縫外觀要求十分苛刻。焊縫的余高不大于1 mm,焊波的高低差不大于0.5 mm， 背面余高為0.5 mm，焊縫100%X射線探傷二級合格，因此采用手工TIG焊較為適宜，選用按ASME SA355-92標準出品的TIG-2GM牌號低合金鋼焊絲，其化學成分見表1。

表1　化學成分　　%

圖1　線能量對韌度的影響

2.3　焊后熱處理規范
　　文獻［1］指出，對Cr-Mo鋼，回火參數［P］的變化范圍為20.0～20.6，但對某種具體的焊件，則有一個最佳的［P］值。對壁厚27 mm的Cr-1Mo爐管焊后熱處理，［P］值取下限20.0，保溫2 h，根據回火參數計算式，有：

［P］=T(20+lgt)×10^-3(1)

式中，T為回火溫度，K；t為保溫時間，h。由式(1)可知T=710 ℃。為了進一步了解回火規范對接頭性能的影響，用前述方案1的焊接試樣分別在650 ℃、710 ℃及760 ℃進行高溫回火，保溫2 h，再進行性能檢驗。
　　為考察［P］對-50 ℃沖擊韌度影響，在650 ℃、710 ℃及760 ℃這3種狀態下對試樣的熱影響區做-50 ℃的V型缺口沖擊試驗，其結果見圖2。

圖3　步冷處理(SC)曲線

　　Cr-1Mo材料回火脆化的塑脆轉變溫度應滿足下式要求：

vTr54+KΔvTr54≤38 ℃　(4)

式中，ΔvTr54=vTr′54-vTr54,vTr?54為回火處理(SR)后54 J沖擊功時的轉變溫度；vTr54為回火處理加步冷處理(SR+SC)后54 J沖擊功時的轉變溫度；K為增強系數，這里取2.0。
　　將710 ℃下2 h高溫回火(SR)的焊接試樣和回火后再經步冷處理 (SR+SC) 的試樣，分別在20～－60 ℃下作焊縫和熱影響區的V型缺口沖擊試驗，其塑脆轉變溫度曲線見圖4和圖5。 可以看出焊縫和熱影響區SR后54 J沖擊功的溫度為-56 ℃和-54 ℃， 焊縫脆化前后溫度增量約5 ℃，于是Tr54+2ΔvTr54=-46 ℃,所以熱影響區脆化前后溫度增量約為8 ℃，則Tr54+2ΔvTr54=-38 ℃，這兩個結果均遠低于控制指標。

圖4　焊縫脆化前后轉變溫度曲線

圖5　熱影響區脆化前后轉變溫度曲線

4　結　語

　　①對于厚壁爐管焊接，焊前預熱是必需的，當預熱溫度控制在200 ℃左右時，能有效地防止冷裂紋的產生。②對于爐管水平固定加障礙位置的焊接，焊接線能量下限控制在10 kJ/cm左右，能獲得滿意的焊縫根部成型。對于填充焊道和蓋面，隨著線能量上限值的增大，焊層減少，接頭常溫力學性能變化不明顯，而-50 ℃沖擊韌度則呈明顯下降趨勢。為保證接頭具有可靠抗斷裂韌度，線能量控制在20 kJ/cm較為合適。③厚壁爐管焊接接頭常溫和425 ℃高溫短時拉伸強度，隨回火溫度的提高均有明顯下降。而-50 ℃沖擊功則在710 ℃，即［P］=20.0時顯示了最高值，為保證接頭的綜合力學性能，合理的熱處理規范為［P］=20.0，即回火溫度710 ℃，保溫2 h。④選用TGS-2CM焊絲，焊縫的脆化敏感性系數均低于控制指標，焊接線能量控制在10～20 kJ/cm，回火參數［P］取20.0時，焊縫和熱影響區的塑脆轉變溫度低，接頭步冷處理后脆化溫度增量小，接頭韌度貯備大，抗回火能力強，因此在高溫下使用其安全裕度大，不會發生脆性斷裂。