分类号：tg44文献标识码：b
文章编号：1001－2060（2000）02－0183-03
welding of a333-3 steel low-temperature pipeline
liang xiaojie
（daqing petrochemical engineering co.）
abstract：taking the construction of a low-temperature pipeline for a 480,000 t/year ethylene cracking separation plant as an example, this paper focuses on the welding features of low-temperature a333-3 steel tubes. the welding experience and related welding material management are also described.
key words：a333-3 steel, low-temperature, welding▲
1 概述
大庆乙烯裂解分离装置48万吨／年乙烯改扩建工程是我国“九五”期间的重点项目。该装置工艺复杂、操作条件苛刻、材质种类繁多，其中a333-3钢是从日本引进的低温管道用钢。该材质工艺复杂且国内对此钢的焊接经验较少。为保证该材质的焊接质量，我们从该材质的焊接特点入手，进行焊接材料的选择，焊接工艺的制定以及最终的焊缝质量的检验及返修处理，以满足设计及规范的要求。
2 a333-3钢的特性及可焊性分析
a333-3钢属于低温用钢，最低使用温度为-101 ℃，钢中含有3.5%的镍元素，通常以正火或正火加回火状态供货。
a333-3钢无缝钢管的化学成分及力学性能(见表1及表2)
表1 a333-3钢无缝钢管的化学成分%
| c | mn | si | s | p | v | nb | ni |
| ≤0.19 | 0.31～0.64 | 0.18～0.37 | ≤0.025 | ≤0.025 | -- | -- | 3.18～3.82 |
表2 a333-3钢无缝钢管的常温力学性能及低温冲击韧性
| 拉 力 试 验 | 冲 击 试 验(-101 ℃) |
| akv(j) |
| σb/mpa | σs/mpa | σs | 10×10×5(mm) | 5×10×50(mm) |
| ≥450 | ≥240 | ≥16.5 | ≥17.6 | ≥9.5 |
2.2 可焊性分析
2.2.1 a333-3钢含ni量较高，是该钢种的低温冲击值的保证。镍是非碳化物形成元素，但能与铁形成α和γ固熔体，镍有高的熔点(1445 ℃)、一定的强度、高的塑性和良好的加工性能，能促使晶粒细化，保证了低温韧性。其中ni元素在焊接过程中易和s、p形成低熔点共晶，故有一定的热裂倾向。选择焊接材料时，应考虑选择低c、s、p的焊接材料。
2.2.2 合金元素的加入，大大增强钢的淬硬性。焊接时应有可靠的焊前预热、层间温度控制、焊后热处理来消除由于淬硬性而引起的冷裂倾向。
2.2.2.1 焊前预热能抑制热影响区的硬化，促进氢的扩散，防止冷裂纹。另外，预热可将工件表面的潮气烘干，从而减少o2、h2、n2的有害作用。多层焊时要严格控制层间温度，一般层间温度应控制在100 ℃～200 ℃。
2.2.2.2 焊后热处理可以减少冷却过程中的内应力，减少淬硬组织，促使氢的扩散逸出，使杂质在晶体中析出，即所谓应变时效，增加低温韧性，防止冷裂纹。
2.2.3 a333-3钢为细晶粒钢，细晶粒组织是低温下良好韧性的重要保证。在焊接过程中，焊接线能量过大将使焊缝及热影响区的晶粒粗大化，韧性降低。因此在施工时应严格控制线能量，保证焊接接头的韧性指标，防止出现晶粒粗大的铁素体，马氏体或魏氏组织。但是线能量如果太小，结晶速度太快，容易造成成分偏析增加脆性，同时会削弱多层焊时上层焊道对其下层焊道的自回火作用，对焊缝的韧性不利。
3 焊接工艺的制定
3.1 焊材的选择
按与母材相容原理，焊接材料的选用见表3，焊材的化学成分见表4。
表3 焊材的选用及烘干
| 焊材 | 牌号 | 产地 | 规格 | 烘干温度及时间 | 恒温温度 |
| 焊丝 | tgs-3n | 日本 | φ2.4 |
| 焊条 | nb-3n | 日本 | φ3.2 | 350℃～400℃，1h | 100℃～150℃ |
表4 焊材的化学成分(%)
| 焊材 | c | si | mn | p | s | cu | ni | mo |
| 焊丝 | 0.04 | 0.35 | 0.86 | 0.006 | 0.008 | 0.12 | 3.47 | 0.15 |
| 焊条 | 0.04 | 0.34 | 1.00 | 0.006 | 0.004 | 3.46 | 0.26 |
3.2 焊接方法：采用手工钨极氩弧焊(gtaw)打底，手工电弧焊(smaw)填充、盖面的方法。又叫氩电联焊。管径≤2″采用全手工钨极氩弧焊。
3.3 坡口型式
图1 采用v型坡口
3.4 焊接规范参数(见表5)
表5
焊接
方法 | 焊接
层次 | 电源类型
及极性 | 焊接电
流/a | 焊接电
压/v | ar流量/l/min | 焊接速度
/cm×min-1 | 预热温度
/℃ | 层间温度
/℃ | 焊接线能
量/j×cm-1 |
| 管内 | 枪内 |
| gtaw | 1 | 直流正接 | 60～110 | 8～12 | 6～8 | 8～12 | ≥7.5 | 100～150 | 100～200 | ≤16000 |
| smaw | 2 | 直流反接 | 60～120 | 20～28 | ≥7.5 | 100～150 | 100～200 | ≤16000 |
| smaw | 其它 | 直流反接 | 60～120 | 20～28 | ≥7.5 | 100～150 | 100～200 | ≤16000 |
3.5 焊接层次：采用多层多道焊
3.6 操作注意事项
3.6.1 焊接时应按规定严格预热，控制层间温度，每条焊缝应一次焊完，若中断，应采取缓冷措施。
3.6.2 焊件表面严禁电弧擦伤，收弧应将弧坑填满并用砂轮磨去缺陷。多层焊，各层间接头要错开。
3.6.3 焊接作业时，应严格控制线能量，小电流，低电压，快速焊。φ3.2的nb-3n焊条每根焊接长度必须大于8 cm。
3.6.4 打底焊接时，管内必须充ar保护。
3.6.5 在焊接过程中，必须采用短弧、不摆动的操作方式。
4 热处理
4.1 预热
预热温度为100 ℃～150 ℃；预热范围是焊缝两侧各100 mm；以氧乙炔焰(中性焰)的方式加热；测温蜡笔在距焊缝中心50～100 mm处测量温度，测温点均匀分布，以温度控制。
4.2层间温度控制在100 ℃～200 ℃之间。
4.3焊后热处理规范见图2。
加热宽度为150 mm；保温宽度为400 mm；热处理恒温时间：壁厚≤9 mm为30分钟；壁厚≥9 mm为60分钟。
图2 热处理工艺曲线
在焊缝两侧各25 mm范围内进行热处理。用电加热，由热处理机自动控制温度变化曲线；采用硬度测定法检验热处理效果，硬度计选用无压痕式，焊缝及热影响区的硬度值≤220。
5 焊接质量检验
5.1 焊缝外观检查
焊缝表面不得有裂纹，气孔，熔渣，飞溅和弧坑；严禁咬边；角焊缝不得向外凸起。焊缝外观尺寸应符合表6的规定。
表6
| 焊缝成型 | 焊缝余高 | 焊缝每侧增宽 |
| 与母材圆滑过渡 | 0～2 mm | ≤2 mm |
5.2 焊缝无损检测
焊缝外观检测合格后，至少24小时后方可进行焊缝的无损检测。管道对接焊缝执行jb4730-94，ⅱ级合格。
6 焊接返修
6.1焊缝返修焊接工艺与正式焊接工艺相同。
6.2返修程序：焊缝返修应在焊后热处理前进行，若热处理后须返修，则返修后，焊缝重新进行热处理。
6.3焊缝的返修
若焊缝表面成形几何尺寸超标，允许进行修磨，且修磨后其厚度不得小于设计要求。若焊缝表面存在缺陷，应先用砂轮将缺陷清除，再进行补焊。
焊缝内部缺陷返修：采用砂轮打磨或碳弧气刨清除缺陷后，按返修工艺卡返修。
7 结论
(1) 焊接施工的管理
裂解分离装置的这部分低温管线的施工大多是在环境条件不利的条件下进行的，特别是春季，三、四级风常见，灰尘较大，因此，施工管理必须十分细致而周到。
(2) 焊接材料的管理
a333-3钢手工电弧焊所用的焊条是低氢型焊条，为保证焊接质量，使用前必须进行烘培。
(3) 只有严格执行焊接工艺规程，才能获得质量优良的焊缝。■
作者简介：梁晓杰(1972-)，女，山东武城人，大庆石油化工总厂工程公司质检处助工.
作者单位：梁晓杰(大庆石油化工工程公司，黑龙江 大庆 163714)
韩世忠(哈尔滨.第七○三研究所，黑龙江 哈尔滨)
