CN107598332B - 新型cb2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，选取焊材；打磨并清理焊接坡口周围50mm范围内杂物；对焊接坡口进行100％PT检测，在组对前，在新型CB2耐热钢中大径管道内部距离焊接坡口200mm处设置充氩加热保温一体化工装作为密闭气室，在充氩加热保温一体化工装的一端保温挡板的中心孔内***氩气管道，通过氩气管道向密闭气室内充氩；通过充氩加热保温一体化工装对新型CB2耐热钢中大径管道的内壁和外壁同时进行预热；打底焊接，采用GTAW焊接并进行两层焊接；填充盖面焊接，采用SMAW焊接并进行两通道焊接；焊接完成后将焊件冷却到80℃并保温1h后，采用充氩加热保温一体化工装进行焊后热处理。本发明降低了焊工的劳动强度，保证了焊接质量。

Description

新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺
技术领域
本发明涉及管道焊接热处理工艺，具体设计一种新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺。
背景技术
新型CB2耐热钢具有良好的强度、韧性、抗蠕变性、优异的高温抗氧化性和耐腐蚀性能，已逐渐应用于火力发电厂热力***等设备的耐热钢材。新型CB2耐热钢的具体牌号为ZG12Cr9Mo1Co1NiVNbNB，是一种新型CB2铁素体耐热钢，因此具有铁素体耐热钢的优良特性，比如优良的导热性、低的热膨胀系数，良好的抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能以及较低的生产成本，可以提高发电机组的热效率。CB2耐热钢为高Cr的多元复合强化耐热钢，主要采用加入合金元素Cr、Mo、Co、Ni、V、Nb及微量N、B元素的合金化设计及合理搭配来提高其高温性能。其主要的合金元素种类以及含量都与T91耐热钢比较相似。
高效率的超超临界机组建设与发展成为了目前国际上的热门话题，机组运行参数不断的提高对关键部件的材料提出了更高的要求，新型CB2耐热钢研发成功后，将机组的运行温度从600℃提升到620℃，因此新型CB2耐热钢中大径管道的焊接及热处理工艺将会成为火力建设项目焊接研究的重点。
由于此种新型材料目前还是处于初期使用阶段，国内外对于这种新型CB2耐热钢的焊接性研究非常少，为满足机组的长期运行，充分发挥新型钢材的潜能，本申请通过收集CB2钢化学成分及材料的力学性能，选择合适的焊接材料进行焊接工艺评定试验，同时总结焊前、焊接过程及焊后的焊接操作要领，研究了一种新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，为今后新型CB2耐热钢普及广泛使用提供焊接技术支持，为机组运行参数的再次提高奠定基础。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，该焊接及热处理工艺在处理新型CB2耐热钢中大径管道焊接质量稳定可靠。
本发明所采用的技术方案是：
一种新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，包括以下步骤：
(1)根据新型CB2耐热钢的化学成分、力学性能及其焊接工艺性能要求，选取焊材；
(2)打磨新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口，并清理新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口周围50mm范围内杂物；
(3)对新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口进行100％PT检测，新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口表面无裂纹为合格；
(4)在将需要焊接的两新型CB2耐热钢中大径管道进行组对前，在新型CB2耐热钢中大径管道内部距离焊接坡口200mm处设置充氩加热保温一体化工装作为密闭气室，在充氩加热保温一体化工装的一端保温挡板的中心孔内***氩气管道，通过氩气管道向密闭气室内充氩；
(5)通过充氩加热保温一体化工装对新型CB2耐热钢中大径管道的内壁和外壁同时进行预热；
(6)打底焊接，采用GTAW焊接并进行两层焊接；填充盖面焊接，采用SMAW焊接并进行两通道焊接，控制每层厚度不超过焊条的直径，宽度不超过焊条直径的4倍；
(7)焊接完成后，将焊件冷却到80℃，并保温1h后，采用充氩加热保温一体化工装，基于多区控温、多点测温的方式进行焊后热处理。
进一步的，所述步骤(1)中，新型CB2耐热钢的化学成分范围为(％)：Cr：＝9.11，Mo：＝1.59，Co：＝1.27；力学性能要求为：抗拉强度：≥690Mpa，屈服轻度：≥490Mpa。
进一步的，所述步骤(1)中，选用Φ2.4焊丝及Φ3.2焊条。
进一步的，所述步骤(4)中，所述充氩加热保温一体化工装包括两个加热工装和两个分别设置在两个加热工装外侧的保温挡板，两个加热工装和两个保温挡板组合成密闭气室。
进一步的，所述步骤(4)中，还可采用气针从新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口间隙***密闭气室进行充氮。
进一步的，所述步骤(5)中，预热温度为200-250℃，使新型CB2耐热钢中大径管道的内壁和外壁均达到预热温度要求。
进一步的，所述步骤(6)中，GTAW焊接的焊接工艺参数为：焊接电流90-100A，层间温度200-250℃。
进一步的，所述步骤(6)中，SMAW焊接的焊接工艺参数为：焊接电流80-120A，层间温度200-300℃。
进一步的，所述步骤(7)中，焊后热处理的具体过程为：在新型CB2耐热钢中大径管道的焊缝位置布置控温热电偶，新型CB2耐热钢中大径管道的焊缝两侧热影响区各设置一个测温热电偶，监控热影响区的温度，采用柔性陶瓷加热器进行加热，布置范围应以焊缝为中心，确保均温范围符合要求；采用硅酸铝保温毯进行保温，在加热器上沿圆周方向包裹，保温宽度从焊缝中心算起，每侧应比加热器宽度增加至少2倍壁厚；管道内部采用内置充氩加热保温一体化工装进行加热，使得管道内外壁温差达到或小于标准要求。
进一步的，所述步骤(7)中，焊后热处理过程中，焊后热处理温度为730-750℃，焊后热处理升温速度≤80℃，降温速度≤60℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明实现了对新型CB2耐热钢中大径管道的焊接和热处理，降低焊工的劳动强度，保证了焊接质量，并且通过合理的控制焊接及热处理工艺参数，得到的焊接接头一次合格率高、焊接接头综合性能较优；
(2)本发明在新型CB2耐热钢中大径管道内置充氩、加热、保温一体化工装，既可以保证充氩保护效果，又能减小管道预热、焊后热处理的内外壁温差，提高焊接及热处理的质量；
(3)本发明在焊接完成后将焊件冷却到80℃保温1h后进行焊后热处理，焊后热处理采用内置的充氩加热保温工装，使得管道内外壁温差达到标准要求甚至小于标准要求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明实施例公开的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法实现新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)焊材选取，根据新型CB2耐热钢的化学成分、力学性能及其焊接工艺性能要求，选用伯乐公司的MTS 616Φ2.4焊丝及MTS 5Co1Φ3.2焊条；
(2)打磨新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口，并清理新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口周围50mm范围内油、漆、污垢和铁锈等杂物；
(3)对新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口进行100％PT检测，新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口表面无裂纹为合格，确保新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口表面无裂纹等缺陷；
(4)在将需要焊接的两新型CB2耐热钢中大径管道进行组对前，在新型CB2耐热钢中大径管道内部距离焊接坡口200mm处设置充氩加热保温一体化工装作为密闭气室，在充氩加热保温一体化工装的一端保温挡板的中心孔内***氩气管道，通过氩气管道向密闭气室内充氩；
(5)通过充氩加热保温一体化工装对新型CB2耐热钢中大径管道的内壁和外壁同时进行预热，预热温度为200-250℃，使新型CB2耐热钢中大径管道的内壁和外壁均达到预热温度要求；
(6)打底焊接，采用GTAW焊接并进行两层焊接，焊接工艺参数为：焊接电流90-100A，层间温度200-250℃；填充盖面焊接，采用SMAW焊接并进行两通道焊接，控制热输入，避免层间温度过高，焊接工艺参数为：焊接电流80-120A，层间温度200-300℃；控制每层厚度不超过焊条的直径，宽度不超过焊条直径的4倍，；
(7)焊接完成后，将焊件冷却到80℃，并保温1h后，采用充氩加热保温一体化工装进行焊后热处理，使得管道内外壁温差达到标准要求甚至小于标准要求，焊后热处理过程中，焊后热处理温度为730-750℃，焊后热处理升温速度≤80℃，降温速度≤60℃，焊后热处理加热宽度及保温宽度根据管道规格，严格按工艺执行，确保均温范围符合要求。
在本实施例中，所述步骤(1)中，新型CB2耐热钢是在P91钢基础上加入1.27％的Co，同时加入少量的Nb和B，适当增加Mo的含量得到的，目的是为了提高钢材的高温力学性能；该新型CB2耐热钢的化学成分范围和力学性能如表1和表2所示：
表1新型CB2耐热钢的化学成分一览表(％)
C Cr Ni Co Mo V Nb B N
0.13 9.11 0.14 1.27 1.59 0.21 0.054 0.01 0.015
表2新型CB2耐热钢在室温下力学性能
Figure DEST_PATH_GDA0001463900740000041
根据新型CB2耐热钢的化学成分、力学性能及其焊接工艺性能，选用伯乐公司的焊丝MTS 616Φ2.4及焊条MTS 5Co1Φ3.2。伯乐公司的焊丝MTS 616及焊条MTS 5Co1的化学成分、力学性能与新型CB2耐热钢相当，并且采用伯乐公司的焊丝MTS 616及焊条MTS 5Co1焊接 CB2钢焊接工艺性能良好。
在本实施例中，所述充氩加热保温一体化工装包括两个加热工装和两个分别设置在两个加热工装外侧的保温挡板，两个加热工装和两个保温挡板组合成密闭气室；所述加热工装包括大径管架、履带式加热器和耐高温承重滑轮，所述大径管架上沿圆周方向均匀布置有两列相对称的方孔，所述大径管架的外侧设置有所述保温堵板，其中一保温堵板上开有中心孔；所述大径管架的内壁上设置有硅酸铝保温棉，所述大径管架的外壁上均匀布置有多个所述履带式加热器，所述大径管架的外壁上还均匀布置有多个所述耐高温承重滑轮，所述耐高温承重滑轮位于两个相邻的履带式加热器之间；所述大径管架内的中部设置有十字形支撑架，所述十字形支撑架包括垂直设置的支撑管和水平设置在所述支撑管中心的空心钢管，所述空心钢管内贯穿有一刚性拉绳，所述刚性拉绳的一端与一保温堵板固定连接，另一端通过另一保温堵板上的中心孔延伸出9％～12％Cr马氏体耐热钢大径厚壁管道。
在上述实施例的基础上，本发明一个实施例中所述步骤(4)中，还可采用气针从新型 CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口间隙***密闭气室进行充氮。
本发明一个实施例所提供的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其所述步骤 (7)中，采用多区控温、多点测温的方式进行焊后热处理的具体过程为：在新型CB2耐热钢中大径管道的焊缝位置布置控温热电偶，新型CB2耐热钢中大径管道的焊缝两侧热影响区各设置一个测温热电偶，监控热影响区的温度，采用柔性陶瓷加热器进行加热，布置范围应以焊缝为中心，焊后热处理加热宽度根据管道规格，严格按热处理规程执行，确保均温范围符合要求；采用硅酸铝保温毯进行保温，厚度至少50mm，在加热器上沿圆周方向包裹，保温宽度从焊缝中心算起，每侧应比加热器宽度增加至少2倍壁厚；管道内部采用内置加热保温工装，使得管道内外壁温差达到标准要求甚至小于标准要求。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)本发明实现了对新型CB2耐热钢中大径管道的焊接和热处理，降低焊工的劳动强度，保证了焊接质量，并且通过合理的控制焊接及热处理工艺参数，得到的焊接接头一次合格率高、焊接接头综合性能较优；
(2)本发明在新型CB2耐热钢中大径管道内置充氩、加热、保温一体化工装，既可以保证充氩保护效果，又能减小管道预热、焊后热处理的内外壁温差，提高焊接及热处理的质量；
(3)本发明在焊接完成后将焊件冷却到80℃保温1h后进行焊后热处理，焊后热处理采用内置的充氩加热保温工装，使得管道内外壁温差达到标准要求甚至小于标准要求。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其特征是，包括以下步骤：
(1)根据新型CB2耐热钢的化学成分、力学性能及其焊接工艺性能要求，选取焊材；
(2)打磨新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口，并清理新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口周围50mm范围内杂物；
(3)对新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口进行100％PT检测，新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口表面无裂纹为合格；
(4)在将需要焊接的两新型CB2耐热钢中大径管道进行组对前，在新型CB2耐热钢中大径管道内部距离焊接坡口200mm处设置充氩加热保温一体化工装作为密闭气室，在充氩加热保温一体化工装的一端保温挡板的中心孔内***氩气管道，通过氩气管道向密闭气室内充氩；
所述充氩加热保温一体化工装包括两个加热工装和两个分别设置在两个加热工装外侧的保温挡板，两个加热工装和两个保温挡板组合成密闭气室；
(5)通过充氩加热保温一体化工装对新型CB2耐热钢中大径管道的内壁和外壁同时进行预热；
(6)打底焊接，采用GTAW焊接并进行两层焊接；填充盖面焊接，采用SMAW焊接并进行两通道焊接，控制每层厚度不超过焊条的直径，宽度不超过焊条直径的4倍；
(7)焊接完成后，将焊件冷却到80℃，并保温1h后，采用充氩加热保温一体化工装，基于多区控温、多点测温的方式进行焊后热处理；
焊后热处理的具体过程为：在新型CB2耐热钢中大径管道的焊缝位置布置控温热电偶，新型CB2耐热钢中大径管道的焊缝两侧热影响区各设置一个测温热电偶，监控热影响区的温度；采用柔性陶瓷加热器进行加热，布置范围应以焊缝为中心，确保均温范围符合要求；采用硅酸铝保温毯进行保温，在加热器上沿圆周方向包裹，保温宽度从焊缝中心算起，每侧应比加热器宽度增加至少2倍壁厚；管道内部采用内置充氩加热保温一体化工装进行加热，使得管道内外壁温差达到或小于标准要求。
2.根据权利要求1所述的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其特征是，所述步骤(1)中，新型CB2耐热钢的化学成分范围为(％)：Cr：＝9.11，Mo：＝1.59，Co：＝1.27；力学性能要求为：抗拉强度：≥690Mpa，屈服轻度：≥490Mpa。
3.根据权利要求1所述的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其特征是，所述步骤(1)中，选用Φ2.4焊丝及Φ3.2焊条。
4.根据权利要求1所述的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其特征是，所述步骤(4)中，还可采用气针从新型CB2耐热钢中大径管道的焊接坡口间隙***密闭气室进行充氮。
5.根据权利要求1所述的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其特征是，所述步骤(5)中，预热温度为200-250℃，使新型CB2耐热钢中大径管道的内壁和外壁均达到预热温度要求。
6.根据权利要求1所述的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其特征是，所述步骤(6)中，GTAW焊接的焊接工艺参数为：焊接电流90-100A，层间温度200-250℃。
7.根据权利要求1所述的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其特征是，所述步骤(6)中，SMAW焊接的焊接工艺参数为：焊接电流80-120A，层间温度200-300℃。
8.根据权利要求1所述的新型CB2耐热钢中大径管道焊接及热处理工艺，其特征是，所述步骤(7)中，焊后热处理过程中，焊后热处理温度为730-750℃，焊后热处理升温速度≤80℃，降温速度≤60℃。
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