乙烯裂解爐輻射爐管KHR45A材料的焊接工藝
摘要：針對乙烯裂解爐輻射爐管材料KHR45A進行焊接性分析和焊接工藝評定，制定了一套合理的焊接工藝施工措施用於指導焊接生產，並取得了成功。
關鍵詞：KHR45A；焊接；工藝
目前，國內外石化市場主要在具有戰略意義的原油儲備市場及以乙烯及其產品為龍頭的乙烯裝置生產兩方面競爭激烈。中國現在已擁有3套70萬t/年乙烯生產裝置，要建好一套乙烯裝置，首先要建好乙烯的心臟—— 裂解爐，而保證裂解爐輻射爐管的焊接質量尤為重要。
在以往的30萬t/年乙烯裂解爐輻射爐管材質一般為Cr25Ni35，焊接工藝較容易掌握，且工藝較成熟。但是，生產中發現該種材質的爐管抗氧化、抗滲碳等效能較差，使用壽命不長。為了提高爐管的使用壽命，在後來的套70萬t/年乙烯裂解爐中，逐步採用Cr25Ni35的高鉻鎳合金離心鑄造管來代替最初的Cr25Ni35材料。如KHR45A材料就是應用於裂解爐輻射爐管的一種。
1 KHR45A材料焊接效能分析
KHR45A材料是江蘇標新久保田工業有限公司開發的耐高溫、抗氧化、抗滲碳的特種合金，其牌號為Cr35Ni45Si2，富含多種微合金：Nb，Al，Ti，Zr等，母材化學成分詳見表1，力學效能見表2。
KHR45A材料用於裂解爐輻射爐管時，工作溫度為1100℃，工作壓力為1.2MPa，工作介質主要為裂解汽油和飽和蒸汽。由此不難看出，該種材料焊接時應主要考慮焊縫的高溫耐熱強度。從表1可以看出，該種材料化學成分中C，Ni含量較高，主要是為了提高材料的耐高溫效能。另外，該種材料Si含量也較高，主要是提高材料的抗氧化效能，同時在焊接過程中KH可以起到一定潤溼焊縫熔融金屬的作用。
但是，KHR45A材料中所含的Si，Al，Ti，Zr等元素也都不同程度地降低了該材料的焊接效能。因此，KHR45A材料焊接時主要存在以下3方面問題：
（1） 焊接熱裂紋KHR45A為高Ni奧氏體耐熱鋼，w（Ni）可達45%。施工中若焊接工藝採用不當，極易在焊縫及近縫區產生熱裂紋等缺陷，特別是在焊縫返修中，在焊縫熱影響區內母材更易出現熱裂紋等缺陷。常見的主要缺陷為焊縫凝固裂紋。產生熱裂紋的原因主要是：①該材料的熱導率小、熱膨脹係數大，在焊接區域性加熱和冷卻的條件下，焊接接頭在冷卻過程中可形成較大的拉應力，這是產生凝固裂紋的主要原因；②該材料易形成方向性強的柱狀晶焊縫組織，有利於S，P等有害雜質的偏析而促使形成晶間液態夾層，從而易促使產生焊縫凝固裂紋；③所含的Si，Al，Ti，Zr等合金元素因溶解度有限，也能形成有害的易熔夾層，從而使接頭中出現熱裂紋。
（2）化學成分偏析由於KHR45A材料中C含量和合金元素含量都較高，因此，液-固相區間較大，偏析也嚴重。C含量越高，焊縫熔融金屬在進行初生相轉變時，很容易析出S，P雜質，且富集於晶界，增加裂紋傾向。Si含量的增加，使焊接時易形成矽酸鹽夾雜，造成晶間偏析，從而加大凝固裂紋的產生。
（3）Y形管坡口裂紋KHR45A材料爐管有兩種生產工藝，一是離心鑄造輻射爐管，二是靜態鑄造Y形管。在離心鑄造條件下，由於離心力的存在，可以保證許多雜質無法熔進材料本身，這樣材料成分含雜質相對較少，不易出現夾層、重皮等問題。而在靜態鑄造生產工藝下，由於所含雜質較多，所以Y形管材料夾層、重皮等較嚴重，焊接坡口或母材本身極易產生微小裂紋，如果在焊前不進行嚴格檢驗並徹底清除母材缺陷，會給焊接生產帶來很大危害。
因此，KHR45A材料的焊接必須制定合理的焊接工藝，儘量減少二次返修、補焊，防止焊接熱裂紋的產生和Y形管配件裂紋的存在，保證焊接質量。
2 KHR45A材料焊接工藝
2.1 焊接方法
為了儘量避免KHR45A焊接過程中出現熱裂紋，焊接時應儘量採用熱輸入相對集中且較小的焊接工藝，並控制道間溫度不能過高，所以焊接方法宜採用鎢極氬弧焊或熔化極氬弧焊。根據施工現場的實際情況，決定採用手工鎢極氬弧焊的焊接方法。
2.2 焊接材料選用
選用正確、合適的焊接材料，是完成焊接生產任務的首要條件。尤其是在特殊鋼種的焊接施工中，正確選用焊接材料尤為重要。K
乙烯裂解爐輻射爐管KHR45A材料的焊接工藝
摘要：針對乙烯裂解爐輻射爐管材料KHR45A進行焊接性分析和焊接工藝評定，制定了一套合理的焊接工藝施工措施用於指導焊接生產，並取得了成功。
關鍵詞：KHR45A；焊接；工藝
目前，國內外石化市場主要在具有戰略意義的原油儲備市場及以乙烯及其產品為龍頭的乙烯裝置生產兩方面競爭激烈。中國現在已擁有3套70萬t/年乙烯生產裝置，要建好一套乙烯裝置，首先要建好乙烯的心臟—— 裂解爐，而保證裂解爐輻射爐管的焊接質量尤為重要。
在以往的30萬t/年乙烯裂解爐輻射爐管材質一般為Cr25Ni35，焊接工藝較容易掌握，且工藝較成熟。但是，生產中發現該種材質的爐管抗氧化、抗滲碳等效能較差，使用壽命不長。為了提高爐管的使用壽命，在後來的套70萬t/年乙烯裂解爐中，逐步採用Cr25Ni35的高鉻鎳合金離心鑄造管來代替最初的Cr25Ni35材料。如KHR45A材料就是應用於裂解爐輻射爐管的一種。
1 KHR45A材料焊接效能分析
KHR45A材料是江蘇標新久保田工業有限公司開發的耐高溫、抗氧化、抗滲碳的特種合金，其牌號為Cr35Ni45Si2，富含多種微合金：Nb，Al，Ti，Zr等，母材化學成分詳見表1，力學效能見表2。
KHR45A材料用於裂解爐輻射爐管時，工作溫度為1100℃，工作壓力為1.2MPa，工作介質主要為裂解汽油和飽和蒸汽。由此不難看出，該種材料焊接時應主要考慮焊縫的高溫耐熱強度。從表1可以看出，該種材料化學成分中C，Ni含量較高，主要是為了提高材料的耐高溫效能。另外，該種材料Si含量也較高，主要是提高材料的抗氧化效能，同時在焊接過程中KH可以起到一定潤溼焊縫熔融金屬的作用。
但是，KHR45A材料中所含的Si，Al，Ti，Zr等元素也都不同程度地降低了該材料的焊接效能。因此，KHR45A材料焊接時主要存在以下3方面問題：
（1） 焊接熱裂紋KHR45A為高Ni奧氏體耐熱鋼，w（Ni）可達45%。施工中若焊接工藝採用不當，極易在焊縫及近縫區產生熱裂紋等缺陷，特別是在焊縫返修中，在焊縫熱影響區內母材更易出現熱裂紋等缺陷。常見的主要缺陷為焊縫凝固裂紋。產生熱裂紋的原因主要是：①該材料的熱導率小、熱膨脹係數大，在焊接區域性加熱和冷卻的條件下，焊接接頭在冷卻過程中可形成較大的拉應力，這是產生凝固裂紋的主要原因；②該材料易形成方向性強的柱狀晶焊縫組織，有利於S，P等有害雜質的偏析而促使形成晶間液態夾層，從而易促使產生焊縫凝固裂紋；③所含的Si，Al，Ti，Zr等合金元素因溶解度有限，也能形成有害的易熔夾層，從而使接頭中出現熱裂紋。
（2）化學成分偏析由於KHR45A材料中C含量和合金元素含量都較高，因此，液-固相區間較大，偏析也嚴重。C含量越高，焊縫熔融金屬在進行初生相轉變時，很容易析出S，P雜質，且富集於晶界，增加裂紋傾向。Si含量的增加，使焊接時易形成矽酸鹽夾雜，造成晶間偏析，從而加大凝固裂紋的產生。
（3）Y形管坡口裂紋KHR45A材料爐管有兩種生產工藝，一是離心鑄造輻射爐管，二是靜態鑄造Y形管。在離心鑄造條件下，由於離心力的存在，可以保證許多雜質無法熔進材料本身，這樣材料成分含雜質相對較少，不易出現夾層、重皮等問題。而在靜態鑄造生產工藝下，由於所含雜質較多，所以Y形管材料夾層、重皮等較嚴重，焊接坡口或母材本身極易產生微小裂紋，如果在焊前不進行嚴格檢驗並徹底清除母材缺陷，會給焊接生產帶來很大危害。
因此，KHR45A材料的焊接必須制定合理的焊接工藝，儘量減少二次返修、補焊，防止焊接熱裂紋的產生和Y形管配件裂紋的存在，保證焊接質量。
2 KHR45A材料焊接工藝
2.1 焊接方法
為了儘量避免KHR45A焊接過程中出現熱裂紋，焊接時應儘量採用熱輸入相對集中且較小的焊接工藝，並控制道間溫度不能過高，所以焊接方法宜採用鎢極氬弧焊或熔化極氬弧焊。根據施工現場的實際情況，決定採用手工鎢極氬弧焊的焊接方法。
2.2 焊接材料選用
選用正確、合適的焊接材料，是完成焊接生產任務的首要條件。尤其是在特殊鋼種的焊接施工中，正確選用焊接材料尤為重要。K