16MnD焊接工法要点.docx

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16MnD焊接工法要点

16MnD低温钢管

焊接施工工法

中国化学工程第十六建设有限公司

二〇一四年十二月

16MnD低温钢管

焊接施工工法

编制：

审核：

审批：

16MnD低温钢

焊接施工工法

一、前言

16MnD低温钢因具其化学成分和机械性能与常见碳钢材料有一定区别，特别是低温钢为防止低温使用时发生脆断，焊接接头必须有足够的低温断裂韧性，因此对低温钢管道的焊接工艺提出了特殊要求。

因此，掌握焊接16MnD低温钢的焊接工艺方法具有重要意义。

本工法适用青岛海晶40万吨/年聚氯乙烯搬迁项目烧碱装置氯气液化单元中的16MnD低温钢材料的手工钨极氩弧焊及氩电联焊工艺。

此外，其它工程中的16MnD低温钢材料的焊接也可供参考。

本工法的特点是通过对16MnD低温钢可焊性的分析，对管道焊接施工提供行之有效的焊接工艺规范，从而提高焊接一次合格率，确保施工进度。

二、材料特性

16MnD低温钢的焊接一般要注意其物理性能及化学耐蚀性和抗裂性等的要求。

1、淬透性较高，无回火脆性，可减少变形和开裂。

2、焊接性相当好，形成冷裂的倾向很小，可切削性及冷应变塑性良好。

16MnD低温钢材料化学成分如下表：

化学成份

C碳

Si硅

Cr铬

Mn锰

Mo钼

（℅）

0.17～0.23

0.17～0.37

0.80～1.10

0.40～0.70

0.15～0.25

三、焊接施工工艺

1施工工序流程图

本工法采用氩电联焊焊接16MnD低温钢材料，其工序如下：

在低温钢的焊接中，影响其焊接接头韧性的原因很多，但归纳起来主要有四个方面：

①焊接材料的选用；②焊接线能量的控制；③焊接顺序；④焊接残余应力。

这四个方面是低温钢焊接最重要的环节，对焊接接头的低温韧性影响很大。

低温钢的焊接接头的薄弱环节，往往是熔合区及焊缝这两部分，热影响区的低温韧性有时高于母材，要改善焊缝和熔合区的低温韧性，必须合理的选择焊接电流、电压，采用多层多道焊接顺序，来提高焊接速度。

把焊接能量控制在最小范围内。

多层多道焊，能有效地减小焊缝过热，利用后一焊道对前一焊道的热作用，使焊缝金属产生细化晶粒的效果。

为了适当增加焊道数目，合理地扩大焊缝坡口角度是有好处的。

如图

（1）较通常坡口增加了10～15°，图

（2）表示焊接时的焊道顺序。

70～75º

2.5～3.5

图

（1）

4

3-13-2

2

1

图

（2）

采用多层多道焊接，能很好地控制焊接线能量。

但层间温度必须控制在200℃以下。

当采用多层单道焊时，焊接熔池较大，要想在单位时间内给焊缝填充足够焊肉，以满足熔池的需要，必然加大电流，这时由于熔池温度很高，很容易造成合金元素的烧损。

在实际生产中，焊条直径有限，因而焊接电流不可能加大的很多，适当地放慢焊接速度填足焊缝，线能量也相应地增大了。

造成了焊缝金属组织晶粒粗大，从而降低了焊接接头的低温韧性。

反之，采用多层多道焊时，焊接过程中熔池较小，焊接电流相应地小一些，焊速也增快了，加之后一焊道对前一焊道的热作用，产生了细化晶粒的效果，提高了低温韧性。

低温钢的焊接，在一般情况下，焊前不需预热，但也不是说任何情况下都不需焊前预热。

在下面两种情况下，焊前要进行预热。

①当环境温度≥85%，焊前要进行预热，这时主要是减小母材表面水分，减少在焊接过程中产生气孔的机会。

②当环境温度在0～—5℃时，焊前必须预热，这时由于环境温度较低，焊缝和近缝区的温度会迅速下降，使焊缝和熔线的淬硬度增大。

再加之焊接过程中的热不均匀性，会使焊缝残余应力更加不均匀，易产生冷裂。

焊前预热温度为80～100℃，当环境温度＜—5℃时，最好不进行焊接。

在低温钢的焊接中，由于线能量控制较低，因而使焊缝冷却速度较快，在金属组织转变过程中，总是产生一些应力。

焊缝中应力的存在会使焊缝的脆性增加从而降低了焊缝的塑性和韧性。

而低温钢的焊缝中是不希望有残余应力的存在的，只有焊后进行回火热处理才能清除残余应力。

16MnD低温钢中虽不含Ni，但为了提高焊缝的低温韧性细化焊缝组织，采用了含Ni的焊条和焊丝，焊缝金属Ni含量对低温韧性的影响，是与焊后是否进行回火处理有很大关系，只有经回火处理后，才能使焊缝具有细化了的金属组织，以获得较好的低温韧性。

2、焊接及焊后热处理工艺

2.1管子焊接坡口型式及尺寸见图1

2.2焊接方法和焊接材料

16MnD低温钢管道可采用手工电弧焊或手工氩弧焊、或的焊接方法。

对应的焊接材料如下：

焊接方法

焊接材料

焊条牌号

焊丝牌号

手工氩弧焊

—

H08Mn2SiA

手工电弧焊

ER55-C1

—

焊接材料化学成分如下：

牌号

C

Si

Mn

S

P

Ni

Cr

Cu

其它

ER55-C1

0.052

0.180

1.33

0.009

0.015

0.96

—

—

—

H08Mn2SiA

≤0.12

≤1.25

0.40～0.80

≤0.025

≤0.025

0.80～1.10

≤0.15

≤0.35

≤0.50

2.3焊接工艺参数

管道采用手工氩弧焊打底、手工电弧焊填充盖面焊接工艺时对应的焊接工艺参数如下表：

焊缝

层（道）次

焊接

方法

焊材

规格

焊接电流

（A）

电弧电压

（V）

焊接速度

（cm/min）

打底层

TIG

Ф2.0

70~75

10±2

12~14

其余层（道）

SMAW

Ф3.2

70~80

10±2

14~16

3、低温钢焊接注意事项

3.1、低温钢管道下料切断加工坡口时，应尽量采用机加工方法，当现场机加工有困难时，可采用氧乙炔火焰切割或等离子切割，但切割部位必须用磨光机将氧化层和受热影响层打磨掉。

3.2、低温钢必须在自由状态下焊接，不允许焊前有拘束力。

尤其环境温度较低的情况下焊接更应避免，否则很容易造成应力裂纹。

3.3、当采用氩弧焊封底时，距焊缝100m范围内的油污应彻底清除干净。

3.4、打底完成后，应立即进行填充，否则，很薄的打底层，承受不了焊接残余应力和环境温度造成的冷缩力及管道自重的合力，而造成焊缝断裂。

3.5、根据壁厚焊缝采用多层多道焊，焊缝层道分布见图

（2）。

4、焊接规范

4.1、氩弧焊机及直流焊机必须安全可靠，焊接电压不稳时不施焊。

4.2、焊工在焊接之前，必须掌握焊接工艺，严格按工艺卡领用焊材，严禁错用焊条、焊丝。

4.3、TIG焊采用直流正极性（DCSP），SAW采用直流反极性（DCRP），焊丝牌号为H08Mn2SiA，焊条牌号为ER55-C1。

4.4、焊件点固之前，坡口及内外两侧各50mm范围内要清理干净，一般用纱布和丙酮清理。

4.5、焊件组对时，要严格对中，其错边量不得超过焊件厚件的10%，且不大于1mm。

4.6、无论是TIM焊还是SAW焊，只能在坡口内侧引弧，严禁擦伤工件表面。

4.7、氩弧焊枪与工件夹角75°～80°，焊丝与工件夹角10°～15°为宜。

4.8、TIG焊出现钨极触及焊丝或熔池时，立即停止焊接，进行清理后继续焊接，防止夹钨。

4.9、氩弧焊每层焊完后，应用钢丝刷进行表面氧化物清理，电焊每层焊完后，应用角向磨光机和不锈钢丝刷清理干净，防止夹渣。

其层间温度控制在150℃以下。

4.10、每层层间接头应错开，收弧时应填满弧坑，每道焊缝必须注明焊工代号，以便检验和做施工记录。

4.11、焊接温湿度要求：

环境温度≥—5℃、相对湿度≤80%，不得受风雨雪的侵袭。

5、焊接施工管理

5.1、焊接技术人员负责焊工的培训和考试工作，并编写焊接施工方案和工艺说明书，解决施工中出现的焊接技术问题。

5.2、焊工必须经过培训考试合格后，方可上岗作业。

5.3、焊条和焊丝由仓库保管员统一管理发放。

5.4、焊接施工必须严格执行焊接质量标准。

5.5、焊接管理人员负责联系焊缝的外观、着色、铁素体和X射线探伤检查工作，并做好施工记录。

5.6、管工班长协同工艺管道技术人员，合理安排管道施工进度计划。

四、机具设备

1、主要工具

名称

型号

数量

直流电弧焊机

ZX7-400H

10台

落地式砂轮切割机

Φ400

1台

角向磨光机

Φ100

5台

倒链

2T

4个

2、机具设备调配及管理

2.1、焊工负责对使用的焊机及角向磨光机维护及保养。

2.2、管道安装所使用的倒链，由管工和起重工负责管理。

2.3、下料所使用的砂轮切割机，管工应妥善保管。

2.4、设置一名电工进行检查和维修焊机及配电箱。

五、质量标准

1、外观检查

焊接接头的表面标准按GB50236-2011执行。

2、渗透探伤

符合标准JB4730-2005.5部分

3、X射线探伤

对于手工钨极氩弧焊按JB4730-2005.2标准，Ⅱ级片合格。

4、质量保证措施

4.1、技术措施

4.1.1根据焊接工艺评定、实验合格后编制的焊接工艺说明书，选出持有合格证的焊工进行培训，使之熟练掌握16MnD低温钢焊接操作技能。

4.1.2监督焊工严格按照焊接施工技术交底卡片的各项技术要求进行施工。

4.1.3注意对口质量及焊口清理、焊接层间清理和焊丝表面的清理工作，并为焊工提供相应的可行工具。

4.1.4对需返修的焊缝要及时找出产生缺陷的原因，并制定预防措施。

4.2、管理措施

4.2.1加强焊工、管工的质量意识，确立焊工、管工的质量责任制。

4.2.2专职检查人员应做好焊接记录，并严格把好质量关。

4.2.3合理安排和解决好焊接质量与焊接施工进度之间的关系。

六、劳动组织

1、施工人员表

以施工期四十天计，需用的各工种人员如下表：

工种

数量（人）

管道工

6

起重工

1

氩弧焊工

10

电弧焊工

3

探伤工

3

焊接技术人员

2

检查员

1

材料员

1

电工

1

合计

28

2、劳动组织图

3、施工组织管理

3.1、各施工人员由现场施工队统一调配管理，各施工人员之间需密切配合，合理交叉作业。

3.2、各施工人员必须按照工作标准履行自己的职责。

七、安全注意事项

无论是手工钨极氩弧焊还是手工电弧焊，其弧光及紫外线辐射能力均较强，焊接过程中，产生大量的臭氧、氮氧化合物、金属烟尘、电磁辐射和TIM焊的放射性物质，这些都对身体有害，因此，有不要采取防护措施。

除遵守一般安全措施规程外，还要注意以下几点：

7.1设备的外层及电源要有可靠的接地，连接地线螺丝不得松动；电缆把线不得有破皮漏电现象。

7.2操作人员必须熟悉掌握焊机操作规程，方可使用设备，设备有故障时，应请电工排除后，方可使用。

7.3施工人员必须穿好工作服及戴防紫外线的眼镜。

7.4工作场地要有良好的自然通风条件，氩弧焊工手触钨极棒后，应及时洗手。

7.5用来清洗坡口的丙酮要妥善管理，防止意外火灾事故发生。

7.6角向磨光机清理焊缝时，应注意飞屑伤害眼睛。

7.7因施工紧张，焊缝射线探伤工作量大，因此要合理安排探伤时间，利用中午和晚上时间，并设标志。

八、经济分析

16MnD低温钢管道约550m，规格以Φ26.9×4到Φ219.1×8有九种。

施工主要物料消耗见表：

序号

名称

规格

数量

备注

1

16MnD低温钢管

Φ88.9×5.6

2m

焊工培训考试用

2

焊条

Φ3.2

60Kg

3

焊丝

Φ2.0

40Kg

4

氩气

纯度≥99.99%

200瓶

5

铈钨极棒

Φ2.0～Φ3.0

6Kg

6

X光胶片

80×120

4800张

7

渗透探伤剂

60套

8

氩弧焊枪

300A

10个

9

电弧焊钳

300A

10个

10

切割片

Φ100

1600片

11

磨光片

Φ100

500片

12

钢丝刷

丝径0.5

100把

13

其它辅材

九、工程应用实例：

山东青岛海晶化工40万吨/年聚氯乙烯搬迁项目烧碱装置氯气液化单元，其16MnD有约550m的16MnD低温钢材料，详见下表

无缝低温钢管

φ26.9*4

16MnDG

GB/T18984

2.5

米

无缝低温钢管

φ33.7*4.5

16MnDG

GB/T18984

3.3

米

无缝低温钢管

φ48.3*5

16MnDG

GB/T18984

11.6

米

无缝低温钢管

φ60.3*4

16MnDG

GB/T18984

163.5

米

无缝低温钢管

φ76.1*5

16MnDG

GB/T18984

4.2

米

无缝低温钢管

φ88.9*5.6

16MnDG

GB/T18984

147.5

米

无缝低温钢管

φ114.3*6.3

16MnDG

GB/T18984

41

米

无缝低温钢管

φ168.3*7.1

16MnDG

GB/T18984

173

米

无缝低温钢管

φ219.1*8

16MnDG

GB/T18984

5.2

米

按本工法目前已施工90%，焊缝射线探伤共照底片4200张，按JB4730-2005标准Ⅱ级合格，返修75张，一次合格率98.21%。