2024年5月9日发(作者：于新筠)
浅谈A335 P9材质炉管焊接
发布时间：2021-12-10T07:12:46.587Z 来源：《防护工程》2021年25期 作者： 李昀鹏
[导读] 本文通过分析 A335 P9材质的特性及对其焊接裂纹产生的因素，阐述了该材质炉管焊接过程中焊材的选用、焊接工艺及采取有效热
处理措施的重要性。
中国石油化工股份有限公司天津分公司
摘要：本文通过分析 A335 P9材质的特性及对其焊接裂纹产生的因素，阐述了该材质炉管焊接过程中焊材的选用、焊接工艺及采取有
效热处理措施的重要性。
关键词：焊材选择；热处理；质量控制
1.A335 P9材质特性
A335 P9公称成分为9Cr-1Mo,其本身的淬硬倾向大，焊接时如果冷却速度较快易形成淬硬组织，使焊接接头脆性增大。在有较大拘束应
力时，易导致焊后冷裂纹的出现，此现象主要由于材质中含有一定的C元素以及较高含量的Cr元素，因此，焊后易出现高硬度的马氏体组织
和贝氏体组织,使接头变脆、残余应力较大而表现出明显的空气淬硬倾向。
为保证焊接结构在高温、高压和复杂介质环境下长期安全有效运行，焊接接头性能必须具有与母材相当的等强性、等塑性、抗氢性、
抗氧化性、组织稳定性、抗脆断性等理化均一性。
2.焊材选择
该材质因为硬化和裂纹倾向较高，一般采用钨极氩弧焊打底+焊条电弧焊填充盖面的方法。采用焊条电弧焊时，采用低氢碱性药皮焊
条。
为保证焊接接头具有与母材相当的高温蠕变强度和抗氧化性的前提下改善其焊接性，焊缝必须含有与母材含量相当的铬和钼。但在焊
材中，铬的含量不宜过高。因为铬能与碳，铁等形成复杂的碳化物（FeCr）3C,对钢的焊接性产生不利影响，升高了钢的空淬倾向。所以，
可选用带有铌，钒和钛等元素的焊材对铬钼钢进行渗合金，这些元素能形成高度稳定的碳化物，在电弧短时的热周期作用下，这些碳化物
来不及溶解于固溶体中，从而使奥氏体内碳含量降低。随之过冷能力减弱，促使其在较高的温度下分节成珠光体型组织，因而提高了焊缝
金属的韧性和抗裂性。
综上，选用TG-S9CM焊丝与R707焊条最符合其焊接性的要求。
3.焊接工艺流程
施工准备-坡口加工-管口清理-坡口PT检测-坡口组队-焊前预热-管内通氩-打底焊-填充焊-盖面焊-表面检查-焊后热处理-硬度检测、无损
检测-返修
4.焊前准备
4.1焊接工艺评定及焊接作业指导书。
施焊前必须严格焊接工艺评定。焊接过程中记录所有焊接数据以及焊接材料的型号和直径、惰性气体流量 、焊接设备的型号、钨极直
径、喷嘴内径等各项内容。焊前按评定合格的工艺制定焊接作业指导书，并对焊接作业人员进行焊接技术和质量交底。
4.2坡口加工
采用机械方法或等离子切割方法将管口加工为单边30o 的V型坡口。采用等离子方法加工时，坡口表面必须清除熔渣、氧化皮，打磨清
除影响焊接质量的淬硬层。坡口加工后，进行外观检查，表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。坡口端部以内 20mm，进行无损检测。
4.3管口组对与定位
组对前，清理坡口及其20mm范围内的母材表面，清除油漆、毛刺、卷边、氧化皮和铁锈及其它对焊接有害物质，避免焊接时产生夹渣
或未融合等缺陷。
壁厚相同的管子或管件对接焊缝组对时内壁应齐平，内壁错边量不宜超过管壁厚度的10%。当管子外径≤102mm 时，错边量≤0.5mm；
炉管外径＞102mm 时，错边量≤1mm。
定位焊的焊接工艺与正式焊相同。定位焊的预热温度350℃。焊缝的长度为10～20mm，高度为2～4mm。严禁强力组对，焊缝应沿管周
均匀分布，为确保底层焊道成形好，减少应力集中，焊缝的两端应为缓坡状，否则进行打磨修整。焊接时，起焊点应在两定位焊缝之间。
焊缝应焊透且无裂纹焊瘤等焊接缺陷，有焊接缺陷时必须清除重焊。
4.4焊前预热
焊前预热是防止裂纹、降低接头各区硬度和焊接应力的重要措施。在加热并保持温度的过程中可降低焊接接头区域的温差，使热影响
区的淬硬倾向减弱。在焊接过程中利于氢气的逸出，降低焊缝中氢含量，防止冷裂纹的产生，改善焊接接头的塑性及韧性。
预热采用电加热法，温度为250～350℃，当焊接环境温度小于0℃时温度取上限350℃。预热应在坡口两侧均匀进行，升温应缓慢均
匀，防止局部过热。温度用红外线测温仪或触点式温度计进行测量，测温点均匀分布。预热范围以对口中心线为基准两侧各不小于5倍壁
厚，且不小于100mm，加热区以外100mm 范围内应予以保温，以减小温度梯度。焊件达到预热温度后立即进行底层焊道的焊接。
5.焊接工艺
（1）由于底层焊缝焊肉薄，焊后冷却过程中产生较大的收缩应力，再加上铬钼耐热钢的材料特性，使底层焊缝容易产生裂纹；因此全
部采用钨极氩弧焊打底，内部充氩保护，手工电弧焊填充、盖面。
（2）焊件达到预热温度后应及时进行焊接，在保持预热温度的条件下进行底层焊道的焊接，且一次连续焊完。底层焊道完成后，立即
进行下一层的焊接，且应连续焊完。
（3）手工电弧焊填充时采用多层多道快焊的方法，以消除焊接过程中产生的应力集中、层间温度局部过高，避免打底层出现裂纹和烧
穿。层间温度应等于或略高于预热温度。每层焊接接头处应错开。
（4）严格控制线能量的控制：线能量过大，引起热影响区过热，使晶粒粗大，降低接头的抗裂性能。线能量过小，会使热影响区淬
硬，不利于氢的逸出，增加冷裂倾向；所以必须严格执行焊接工艺评定及焊接作业指导书中的焊接电流、电压等工艺参数。
（5）焊接时在坡口内引弧，严禁在非焊接部位引弧。炉管及管件表面不得有电弧擦伤等缺陷，在收弧处用快速的点弧焊手法填满弧
坑，避免弧坑裂纹的产生。
（7）焊接完毕，及时清理焊缝表面的熔渣、飞溅。焊缝外形尺寸应符合设计要求，焊缝与母材圆滑过渡。焊缝和热影响区表面不应有
裂纹、气孔等缺陷。焊缝表面的咬边深度不得大于0.5mm，焊缝两侧咬边总长度不得超过该焊缝总长度的10%，否则应进行修磨或焊补，使
之平滑过渡，经修磨部位的壁厚不应小于设计要求。焊缝余高是造成焊接接头应力集中的原因之一，余高应≤3mm。
6.后热
后热应在焊接完成后立即进行,能立即进行焊后热处理时可不进行后热。
坡口焊完后，立即对焊接接头进行300～350℃、保温时间不小于30min 的后热处理，然后保温缓冷至室温，加热范围为焊缝两侧各不少
于焊缝宽度的3倍，且不少于25mm，加热范围外100mm应保温。加热方法采用电加热法。
7.焊后热处理
焊后热处理目的在于消除或减少焊接过程中产生的内应力，防止焊缝和热影响区产生裂纹。改善焊缝和热影响区机械性能，提高其塑
性及韧性，降低焊缝淬硬倾向，改善焊缝和热影响区的金相组织。
（1）热处理加热带宽度：（w为焊缝宽度；t为管壁厚。）
当炉管壁厚≤50mm时， 加热带宽度为（w+2t+50）mm，且不小于5t；
当炉管壁厚＞50mm时， 加热带宽度为150mm，且不小于5t；
（2）保温宽度不小于加热带宽度加200mm。
（3）应采用电加热法，其加热及冷却速度，应符合下列要求：（注：T为热处理厚度，mm。）
a）自由升温至300℃后，加热速度应按5125/T(℃/h)计算,且不大于220℃/h;
b）保温后的冷却速度按6500T(℃/h)计算,且不大于260℃/h,300℃后可自然冷却。
（4）焊后热处理保温期间各测温点的温度均应在热处理规定温度范围内，最高/最低温度差值不大于50℃。
（5）异常处理：
a）保温过程中温度小于热处理规定温度范围值时，应重新加热至规定值，累计有效保温时间不得低于工艺要求的保温时间。
b）保温过程中温度超过热处理规定的温度范围值且小于材料的临界温度时，应冷却至规定值，累计有效保温时间不得低于工艺要求的
保温时间。（保温过程中温度超过材料的下临界温度时，此管段应报废。
c）冷却速度大于规定要求时，应重新进行热处理。
8.不合格返修
（1）硬度检测结果不合格时，应重新进行焊后热处理。
（2）无损检测不合格焊缝必须进行返修并重新做热处理，同一部位的返修次数不超过两次。
（3）在返修的过程中采用电加热器进行预热和焊后热处理，焊接时的预热温度、层间温度与正式焊接的工艺相同。
9.结论
A335 P9 炉管焊接性差，焊接工艺复杂，质量要求高，对接施焊必须采用科学的焊接方法、严格参数控制及进行有效的焊后热处理是
获得优质焊接接头的保证。
参考文献：
[1]崔忠圻, 覃耀春. 金属学与热处理(第 2 版)[M]. 北京：机械工业出版社, 2007.
2024年5月9日发(作者：于新筠)
浅谈A335 P9材质炉管焊接
发布时间：2021-12-10T07:12:46.587Z 来源：《防护工程》2021年25期 作者： 李昀鹏
[导读] 本文通过分析 A335 P9材质的特性及对其焊接裂纹产生的因素，阐述了该材质炉管焊接过程中焊材的选用、焊接工艺及采取有效热
处理措施的重要性。
中国石油化工股份有限公司天津分公司
摘要：本文通过分析 A335 P9材质的特性及对其焊接裂纹产生的因素，阐述了该材质炉管焊接过程中焊材的选用、焊接工艺及采取有
效热处理措施的重要性。
关键词：焊材选择；热处理；质量控制
1.A335 P9材质特性
A335 P9公称成分为9Cr-1Mo,其本身的淬硬倾向大，焊接时如果冷却速度较快易形成淬硬组织，使焊接接头脆性增大。在有较大拘束应
力时，易导致焊后冷裂纹的出现，此现象主要由于材质中含有一定的C元素以及较高含量的Cr元素，因此，焊后易出现高硬度的马氏体组织
和贝氏体组织,使接头变脆、残余应力较大而表现出明显的空气淬硬倾向。
为保证焊接结构在高温、高压和复杂介质环境下长期安全有效运行，焊接接头性能必须具有与母材相当的等强性、等塑性、抗氢性、
抗氧化性、组织稳定性、抗脆断性等理化均一性。
2.焊材选择
该材质因为硬化和裂纹倾向较高，一般采用钨极氩弧焊打底+焊条电弧焊填充盖面的方法。采用焊条电弧焊时，采用低氢碱性药皮焊
条。
为保证焊接接头具有与母材相当的高温蠕变强度和抗氧化性的前提下改善其焊接性，焊缝必须含有与母材含量相当的铬和钼。但在焊
材中，铬的含量不宜过高。因为铬能与碳，铁等形成复杂的碳化物（FeCr）3C,对钢的焊接性产生不利影响，升高了钢的空淬倾向。所以，
可选用带有铌，钒和钛等元素的焊材对铬钼钢进行渗合金，这些元素能形成高度稳定的碳化物，在电弧短时的热周期作用下，这些碳化物
来不及溶解于固溶体中，从而使奥氏体内碳含量降低。随之过冷能力减弱，促使其在较高的温度下分节成珠光体型组织，因而提高了焊缝
金属的韧性和抗裂性。
综上，选用TG-S9CM焊丝与R707焊条最符合其焊接性的要求。
3.焊接工艺流程
施工准备-坡口加工-管口清理-坡口PT检测-坡口组队-焊前预热-管内通氩-打底焊-填充焊-盖面焊-表面检查-焊后热处理-硬度检测、无损
检测-返修
4.焊前准备
4.1焊接工艺评定及焊接作业指导书。
施焊前必须严格焊接工艺评定。焊接过程中记录所有焊接数据以及焊接材料的型号和直径、惰性气体流量 、焊接设备的型号、钨极直
径、喷嘴内径等各项内容。焊前按评定合格的工艺制定焊接作业指导书，并对焊接作业人员进行焊接技术和质量交底。
4.2坡口加工
采用机械方法或等离子切割方法将管口加工为单边30o 的V型坡口。采用等离子方法加工时，坡口表面必须清除熔渣、氧化皮，打磨清
除影响焊接质量的淬硬层。坡口加工后，进行外观检查，表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。坡口端部以内 20mm，进行无损检测。
4.3管口组对与定位
组对前，清理坡口及其20mm范围内的母材表面，清除油漆、毛刺、卷边、氧化皮和铁锈及其它对焊接有害物质，避免焊接时产生夹渣
或未融合等缺陷。
壁厚相同的管子或管件对接焊缝组对时内壁应齐平，内壁错边量不宜超过管壁厚度的10%。当管子外径≤102mm 时，错边量≤0.5mm；
炉管外径＞102mm 时，错边量≤1mm。
定位焊的焊接工艺与正式焊相同。定位焊的预热温度350℃。焊缝的长度为10～20mm，高度为2～4mm。严禁强力组对，焊缝应沿管周
均匀分布，为确保底层焊道成形好，减少应力集中，焊缝的两端应为缓坡状，否则进行打磨修整。焊接时，起焊点应在两定位焊缝之间。
焊缝应焊透且无裂纹焊瘤等焊接缺陷，有焊接缺陷时必须清除重焊。
4.4焊前预热
焊前预热是防止裂纹、降低接头各区硬度和焊接应力的重要措施。在加热并保持温度的过程中可降低焊接接头区域的温差，使热影响
区的淬硬倾向减弱。在焊接过程中利于氢气的逸出，降低焊缝中氢含量，防止冷裂纹的产生，改善焊接接头的塑性及韧性。
预热采用电加热法，温度为250～350℃，当焊接环境温度小于0℃时温度取上限350℃。预热应在坡口两侧均匀进行，升温应缓慢均
匀，防止局部过热。温度用红外线测温仪或触点式温度计进行测量，测温点均匀分布。预热范围以对口中心线为基准两侧各不小于5倍壁
厚，且不小于100mm，加热区以外100mm 范围内应予以保温，以减小温度梯度。焊件达到预热温度后立即进行底层焊道的焊接。
5.焊接工艺
（1）由于底层焊缝焊肉薄，焊后冷却过程中产生较大的收缩应力，再加上铬钼耐热钢的材料特性，使底层焊缝容易产生裂纹；因此全
部采用钨极氩弧焊打底，内部充氩保护，手工电弧焊填充、盖面。
（2）焊件达到预热温度后应及时进行焊接，在保持预热温度的条件下进行底层焊道的焊接，且一次连续焊完。底层焊道完成后，立即
进行下一层的焊接，且应连续焊完。
（3）手工电弧焊填充时采用多层多道快焊的方法，以消除焊接过程中产生的应力集中、层间温度局部过高，避免打底层出现裂纹和烧
穿。层间温度应等于或略高于预热温度。每层焊接接头处应错开。
（4）严格控制线能量的控制：线能量过大，引起热影响区过热，使晶粒粗大，降低接头的抗裂性能。线能量过小，会使热影响区淬
硬，不利于氢的逸出，增加冷裂倾向；所以必须严格执行焊接工艺评定及焊接作业指导书中的焊接电流、电压等工艺参数。
（5）焊接时在坡口内引弧，严禁在非焊接部位引弧。炉管及管件表面不得有电弧擦伤等缺陷，在收弧处用快速的点弧焊手法填满弧
坑，避免弧坑裂纹的产生。
（7）焊接完毕，及时清理焊缝表面的熔渣、飞溅。焊缝外形尺寸应符合设计要求，焊缝与母材圆滑过渡。焊缝和热影响区表面不应有
裂纹、气孔等缺陷。焊缝表面的咬边深度不得大于0.5mm，焊缝两侧咬边总长度不得超过该焊缝总长度的10%，否则应进行修磨或焊补，使
之平滑过渡，经修磨部位的壁厚不应小于设计要求。焊缝余高是造成焊接接头应力集中的原因之一，余高应≤3mm。
6.后热
后热应在焊接完成后立即进行,能立即进行焊后热处理时可不进行后热。
坡口焊完后，立即对焊接接头进行300～350℃、保温时间不小于30min 的后热处理，然后保温缓冷至室温，加热范围为焊缝两侧各不少
于焊缝宽度的3倍，且不少于25mm，加热范围外100mm应保温。加热方法采用电加热法。
7.焊后热处理
焊后热处理目的在于消除或减少焊接过程中产生的内应力，防止焊缝和热影响区产生裂纹。改善焊缝和热影响区机械性能，提高其塑
性及韧性，降低焊缝淬硬倾向，改善焊缝和热影响区的金相组织。
（1）热处理加热带宽度：（w为焊缝宽度；t为管壁厚。）
当炉管壁厚≤50mm时， 加热带宽度为（w+2t+50）mm，且不小于5t；
当炉管壁厚＞50mm时， 加热带宽度为150mm，且不小于5t；
（2）保温宽度不小于加热带宽度加200mm。
（3）应采用电加热法，其加热及冷却速度，应符合下列要求：（注：T为热处理厚度，mm。）
a）自由升温至300℃后，加热速度应按5125/T(℃/h)计算,且不大于220℃/h;
b）保温后的冷却速度按6500T(℃/h)计算,且不大于260℃/h,300℃后可自然冷却。
（4）焊后热处理保温期间各测温点的温度均应在热处理规定温度范围内，最高/最低温度差值不大于50℃。
（5）异常处理：
a）保温过程中温度小于热处理规定温度范围值时，应重新加热至规定值，累计有效保温时间不得低于工艺要求的保温时间。
b）保温过程中温度超过热处理规定的温度范围值且小于材料的临界温度时，应冷却至规定值，累计有效保温时间不得低于工艺要求的
保温时间。（保温过程中温度超过材料的下临界温度时，此管段应报废。
c）冷却速度大于规定要求时，应重新进行热处理。
8.不合格返修
（1）硬度检测结果不合格时，应重新进行焊后热处理。
（2）无损检测不合格焊缝必须进行返修并重新做热处理，同一部位的返修次数不超过两次。
（3）在返修的过程中采用电加热器进行预热和焊后热处理，焊接时的预热温度、层间温度与正式焊接的工艺相同。
9.结论
A335 P9 炉管焊接性差，焊接工艺复杂，质量要求高，对接施焊必须采用科学的焊接方法、严格参数控制及进行有效的焊后热处理是
获得优质焊接接头的保证。
参考文献：
[1]崔忠圻, 覃耀春. 金属学与热处理(第 2 版)[M]. 北京：机械工业出版社, 2007.