含硫化氢介质压力管道焊接工艺

一、对旧管线焊接坡口的处理
    根据腐蚀原理，氢扩散进入了钢材内部，硫主要以硫化铁形式渗透进入了钢材内壁。在焊接过程中，氢将对焊缝产生氢脆和白点，导致气孔和冷裂纹的产生；而硫在焊接时，极易产生热裂纹，降低焊缝金属的塑性和韧性，使焊缝的综合力学性能降低。因此，在焊接前必须对旧管口进行消氢和去硫处理
    (1)消氢处理原理
    当氢还没有对旧管线形成分层危害时，可以通过消氢处理，消除扩散到管线内部的氢，方法是将母材加热到300～350℃就可以达到目的。因此，在决定旧管线是否可以再利用时，必须对其进行测厚检查，检查管线是否已经存在分层和严重坑蚀。可以利用去硫时的焙烧温度进行消氢处理。
    (2)焙烧去硫原理和方法
    目前，焙烧的温度为950～1000℃，升温速度控制在300℃/h，恒温时间为25～30min；采用缓冷方式，冷却速度控制在260℃/h，焙烧次数根据管线使用年限和输送介质中硫化氢的浓度进行确定，一般为1～3次。
    在每次焙烧结束后，及时对坡口进行清理，直到析出的灰黑色物不再明显出现即可。
    (3)坑蚀腐蚀物清理
    旧管口预制后，把离管口外侧8～10cm范围内的油漆等杂物清理干净，把离管口内侧8～10cm范围内的坑蚀腐蚀物清理干净，避免在焊接时对焊缝质量产生影响。
    (4)改进措施
    目前，在进行焙烧时，采用的是氧气—乙炔火焰，温度控制采用的是远红外线测温仪检测。手工操作的缺点是：焙烧速度随意性大，氢和硫元素析出不均匀；焙烧温度控制波动性大，对母材金相会产生影响。因此建议采用可以进行温度设定和控制并带显示功能的热处理设备对旧管口进行焙烧。
    二、新旧管口焊接过程中的工艺措施
    1．焊接材料的选择
    该类输送含硫化氢介质的管线基本上采用的是20#无缝钢管，其本身的焊接性能是良好的，在焊接过程中不需要进行特殊的处理。在焊接时，焊接材料必须选择与其相适应的材料。
    氢弧焊丝选择氢08Mn2SiA，其Mn含量为1.8%～2.1% , Si含量为0.7%～0.95%，具有良好的脱氧、脱硫性能。
    焊条选择碱性焊条，由于熔渣属于碱性，并且氧化性极低，对于去氢和脱硫有良好的效果，不易在焊缝中形成残留物，焊缝组织良好，综合力学性能优越。
    2．焊口组对的要求
    钢材在发生硫裂的事故中，焊缝特别是熔合线部位最易发生破裂。因此焊口在组对时，必须保证自由状态，不得形成拉应力、压应力、剪切应力等本身不必产生的应力。
    同时，焊缝内部的未焊透和错口，是高速气流容易形成旋流的原因，也是容易积液的部位。在固相颗粒的冲刷下，加速了该部位的腐蚀。
    在制订焊接工艺时，必须严格控制错边量和焊缝内壁的成形状态；同时在焊接时，可以利用一些必要的检测手段随时检查焊缝内壁的成形状况，及时调整组对工艺。
    目前，采用的间隙控制在3mm内，钝边保证在1mm内，错口控制在2mm内，基本保证了组对工艺要求，可以得到较好的焊接接头。
    3．焊接参数的选择
    在进行焊接时，尽量选择适宜的小电流，避免较大的线能量输入，引起焊缝组织性能发生变化。因为母材中的硫在液态状态下几乎可以全部过渡到焊缝中去，因此需要采用较为缓慢的焊接速度，便于焊接熔池中的硫等有害杂质能充分席出。
    焊接时，应当采用多层多道焊接工艺，且每层焊接全部完成后才能进行下一道的焊接。禁止在压力管道表面进行引弧和试验电流，注意其他容易影响焊接质量的施工环境，并采取有效措施。
    目前，在净化装置维修时，对于采用氩弧焊打底的焊口，选择直径2mm的焊丝，电流控制在110A以内。填充用的焊条，选直径为2.5mm时，焊接电流控制在75～85A以内。直径为3.2mm时，焊接电流控制在105～115A以内。直径为4mm时，焊接电流控制在120～130A以内，均能得到较好的力学性能。
    三、无损检测技术要求
    管线焊缝的内部缺陷点是介质腐蚀的发源地，必须保证该类管线的焊接质量合格。焊接结束后，必须进行X射线探伤，必要时可以与超声波探伤、渗透探伤联合进行。同时注意，该类管线焊缝返修次数不得超过2次。
    四、热处理工艺技术要求
    在通常情况下，焊缝特别是熔合线部位最容易受到腐蚀，因为该部位存在很大的残余应力，组织分布不均匀，容易产生淬硬组织；同时焊缝热影响区晶粒粗大，此区域明显出现脆化现象，硬度明显升高。而硫化氢应力腐蚀敏感性与钢材的硬度有关，硬度越高，敏感性越大，从而使焊缝及其热影响区成为硫化氢应力腐蚀的薄弱环节，因此该类管线焊接后必须进行热处理。
    1．焊接应力消除的确定
    P=T(lgt+20)×103
式中  P—回火参数，P值越大，则应力消除越好
      T—回火加热温度℃，对于20#钢，回火温度620～650℃
      t—保温时间，min
    由此可以看出，保温时间对于消除应力占有主导地位。
    2．消除应力时管道的加热宽度
    B=5(R×T)1/2
式中  B—需要加热的宽度，mm
      R—管道半径，mm
      T—管壁厚度，mm
    3．热处理工艺参数控制
    对升温、恒温和降温必须进行有效的控制，才能保证热处理效果。
    V升（升温速度）≤(220×25/δ)℃/h，且V升≤220℃/h，其中δ为管壁厚度，单位mm。
    当温度升到600～650℃时进行恒温，碳素钢恒温时间按每毫米壁厚需2～2.5min计算，且应＞15min。
    V降（降温速度）≤(275×25/δ) ℃ /h，且V降≤275℃/h；在400℃以下时，可以进行自然冷却。
该项热处理工作在维修现场容易被忽视，必须加强管理。
    五、热处理后硬度检测
    碳素钢焊缝硬度不得大于母材的120%，在检测时必须对母材、焊缝、热影响区同时进行测量和对比。周向分布检测数量不得低于4个点，对于硬度检测不合格的焊口，必须重新进行热处理，热处理后仍需进行硬度检测。这也是在维修中最易被忽视的环节，现场管理必须加强。
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含硫化氢瓦斯气体压力管道焊接工艺