4.6镍材管道专项施工方案10370.pdf

MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 1 of 12 镍材、镍合金等特材管道专项焊接施工方案 1 编制说明 由于招标文件指出VDF反应区中的VDF管式裂解反应炉与F142b经济器之间的联接工艺管道材质为 Inconel 600（UNS N06600，以下简称 Inconel 600）合金材质。本方案主要根据我公司以往镍及镍合金管施工经验编制，待中标后，根据施工现场情况，施工图、工艺管道尺寸、材质、介质等技术资料进行补充和完善。2 编制依据 2.1 本工程招标文件 2.2 工业金属管道工程施工及验收规范GB50235-97 2.3 石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范（SH/T3517-1997）2.4 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 GB50236-98 2.5 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级 GB3323-87 2.6 脱脂工程施工及验收规范（HG20202-91）2.7 石油化工镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程 SH/T3523 2.8 镍及镍合金焊条GB/T13814 2.9 镍及镍合金焊丝GB/T15620 2.10 本公司钛、镍管道焊接工法（部级工法）3 Inconel 600 焊接性能 镍是一种稀贵金属，Inconel 600 是一种以镍为基体的耐蚀合金。本装置中有 Inconel 600 的工艺管道，共 42.8 米，其中规格为 Dn100 的有 39.1 米，其余规格的有 3.7 米，规格从 Dn15-Dn150。工艺要求管道在高温工作环境下。Inconel 600 耐高温性能好，而不锈钢在 500800温度区间会发生晶间腐蚀，强度下降。Inconel 600 是一种以镍为基体的耐蚀合金，是 Ni-Cr-Fe 系代表合金，公称成份为 72Ni-15Cr-8Fe，具有耐高温氧化和耐氯离子介质的应力腐蚀性能。成功的应用于制造化学和食品加工设备以及热处理设备等。镍基耐蚀合金的焊接特点与铬镍奥氏体不锈钢相似，存在的主要问题是由于镍基耐蚀合金导热性、导电性差、金属熔化状态时流动性差，在焊接时易产生焊接热裂纹、气孔、晶间腐蚀等缺陷。但又由于 Inconel 600 属于高镍合金，所以它的焊接难度又要大于铬镍奥氏体不锈钢。易产生以下焊接缺陷：焊接热裂纹 MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 2 of 12 对比不锈钢，Inconel 600 的焊接热裂纹试验表明，它具有高的焊接热裂纹敏感性，在弧坑易产生火口裂纹。晶间液膜是引发镍基合金单相奥氏体焊缝凝固裂纹的最主要的冶金因素。严格控制耐蚀合金、焊丝、焊条中的硫含量，防止有害元素混入焊缝中。焊前彻底清洗是必需的工序，特别是对含有硫或铅的一些污物的彻底清除。提高锰含量能扩大一些有害元素，如磷等的溶解度极限。因而正确选用与母材相匹配的焊接材料、提高焊接材料的锰含量、提高焊接材料的纯度是防止焊接热裂纹的重要措施。焊接区的应变或应变速率是影响产生焊接热裂纹的力学因素。一般情况下采用合理的装配与焊接次序、选用较小的线能量、及时填满弧坑等工艺措施对防止热裂纹均是有益的。预热和后热对防止热裂纹作用不大，一般不推荐。气孔 镍基耐蚀合金的固液相温度间距小，流动性偏低，在焊接快速冷却凝固结晶条件下，极易产生焊缝气孔。和低碳钢、低合金钢焊接相比，镍基耐蚀合金氧化性焊接气氛对气孔形成机率影响更大些，但在还原性较大时，对氢气也是敏感的。在焊接前必需清除坡口及其近区的氧化皮、各种涂料油漆等，其目的之一就是防止焊缝气孔。有时，GTAW 焊接镍基合金时还向氩气中特别混入 5%的氢气，以改善保护气体的还原性来消除或减少焊接气孔。焊接区的腐蚀倾向 在焊接镍基耐蚀合金时应注意快速冷却、避免焊接区在高温时停留过长，以防止焊接区在使用过程中产生晶间腐蚀。4 镍管道施工工序流程 施工准备管材检验下料坡口加工焊丝、坡口表面脱脂、清理及坡口尺寸修整焊件组对施焊焊缝外观检查焊缝射线检查焊缝表面酸洗、钝化处理管道试压管道试压-系统吹扫系统吹扫 5 镍材焊接材料要求及焊接技术要求 5.1 焊接材料的选用 5.1.1 焊条使用前应按焊条说明书的要求进行烘烤，若无规定要求时按下表 5-1所示要求进行烘烤 表 5-1 焊条类别 烘干温度计()恒温时间（h）低氢型 200-250 2 钛钙型 150 1 MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 3 of 12 5.1.2 烘烤后的焊条应贮存在 120的恒温箱内，焊工领用应使用保温筒，如领出时间超过 4 小时应重新烘烤，但重复烧烤次数不得超过 2 次。5.1.3 常用镍铁合金、镍合金焊材选用见下表 5-2 常用镍铁合金、镍合金焊材选用表 序号 母材 焊条 焊丝 1 Nicke1200 ENi-1 ERNi-1 2 Mone1400 ENiCu-7 ERCu-7 3 Incone1600 EniGrFe-1 ERNGRiFe-5 4 Incone1625 EniGrMo-3 ERNiGrMo-3 5 Incoloy800 EniGrFe-2 TEW21/33 德 TEW21/33SG 德 6 Incoloy800H、Incoloy800HT EniCoMo-1 美 ENiCoMo-1 美 7 Incoloy825 ERNiFeGr-1 8 Hastelloy B EniMo-1 ERNiMo-1 9 Hastelloy B2 ENiMo-7 ERNiMo-7 10 Hastelloy C276 ENGriMo-4 ERNiGrMo-4 11 Hastelloy C4 ENGriMo-7 ERNiGrMo-7 12 Hastelloy G ENGriMo-1 ERNiGrMo-1 13 Hastelloy G2 ERNiGrMo-8 14 Hastelloy X EniGrMo-2 ERNiGrMo-2 15 HT30 E33OH ER330 MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 4 of 12 5.2 镍材焊接技术要求 5.2.1 焊缝组对与定位焊接 5.2.1.1 管子及管件组对前应用手工或机械方法清理其内外表面，在坡口边缘20mm 范围内不得有油漆、毛刺、铸造垢皮及其它对焊接有影响的物质，并采用有机溶剂清洗，待溶剂挥发方可进行组对和定位焊。5.2.1.2 管及管件组对应符合下列要求 A、当壁厚相同时，其内壁应平齐，内壁错边量不得大于05nun。B、壁厚不同，内壁差 05mrn 或外壁差大于 2mm 时，按下图所示的要求加工。5.2.1.3 定位焊焊接工艺应与正式焊接工艺相同，当定位焊缝做为正式焊缝的组成部分时应符合下列规定：A、若用实芯焊丝钨极氩弧焊进行定位焊接，焊缝背面应进行充氩保护。B、定位焊缝的长度宜为 1015mm，且不宜超过壁厚的 23。C、定位焊缝应对称均匀分布不宜少于 3 点，正式焊接前应将定位焊缝两端磨削成便于引弧的斜坡。正式焊接推荐按下图 3213 所示方法引弧。MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 5 of 12 5.2.1.4 组对使用的工装卡具一般不允许焊接在管子上，如果卡具必须焊接在管子上才能组对时，应符合下列规定：A、卡具与管子、焊接材料的化学成份应相同。B、焊接时的工艺与正式焊接工艺相同。C、卡具拆除应用砂轮磨去，不得采用敲打、掰扭等方法。D、管子及管件组对定位后应及时焊接。5.2.2 施焊 5.2.2.1 焊接方法可根据管子厚度、坡口型式组对情况，选定钨极氩弧焊或钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充、盖面的焊接方法。5.2.2.2 焊接时在保证焊透和熔合良好的前提下在工艺参数范围内尽量采用小的焊接线能量、短电弧、不摆动或小摆动的操作方法。5.2.2.3 镍及镍合金管道焊接时应采用评定合格的工艺参数进行焊接 Inconel 600 的焊接可采用钨极氩弧焊，也可采用手工电弧焊。针对 Arkema Tiger Project 现场 Inconel 600 管的焊接，采用的焊接方法见下表：Dn100 及以下 Dn150 可选 打底层 钨极氩弧焊 钨极氩弧焊 填充层/手工电弧焊 盖面层 钨极氩弧焊 手工电弧焊 2、焊接材料的选择 Dn100 及以下 Dn150 焊丝 ERNGRiFe-3 ERNGRiFe-5 焊条/EniGrFe-1 氩气 高纯氩（99.997%）高纯氩（99.997%）焊条 ENiCrFe-1 根据焊条使用说明书进行烘烤，烘烤温度 300，恒温时间2 小时。管 子 规 格 焊 接 材 料 管 子 规 格 焊 道 层 MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 6 of 12 焊接参数的确定 由于镍基耐蚀合金导热性、导电性差、金属熔化状态时流动性差，所以应尽量选择小电流、快焊速、窄焊道、薄焊层来进行焊接。应严格控制热输入，防止热裂纹和晶粒粗大，产生晶间腐蚀倾向，降低耐蚀性。钨极氩弧焊 手工电弧焊 焊丝规格 2.0/焊条规格/3.2 焊接电流 70A100A 80A100A 焊接电压 9V12V 9V20V 焊枪氩气流量 820L/min 820L/min 管内氩气流量 1025L/min 1025L/min 焊接速度 415cm/min 415cm/min 焊前准备（1）焊件清理 清洁是成功焊接镍基耐蚀合金的重要条件之一。焊接时，铅、硫、磷和某些低熔点元素熔入焊缝中，会造成焊件液化裂纹，故焊接前一定要认真清理，避免这些杂质混入焊缝中影响焊接质量。管子切割及坡口加工时，宜采用机械方法进行。当采用等离子切割时，应用锉刀、刮刀或不锈钢钢丝刷清除掉其加工表面的氧化层。管子组对前，应对坡口两侧（内外表面）各 50mm 范围内进行清理，不得有油、漆、毛刺、铸造垢皮及其它对焊接有害的物质。油污可用蒸汽脱脂或用丙酮及其它无毒溶液去除。对于不溶于脱脂剂的漆和其他杂物，可用氯甲烷、碱等清洗剂或特殊专用合成剂清洗。标记墨水一般可用甲醇清除。被压入管子表面的杂物可用磨削、喷丸或 10%盐酸溶液清洗并用清水冲净，干燥后方能焊接。因镍基耐蚀合金较软，在用砂轮片磨削后，砂粒会残留在母材浅表面污染焊缝，因此磨削后要清理。（2）坡口加工及检查：坡口加工后应进行外观检查，坡口表面不得有裂纹、分层等缺陷。熔化焊接镍基耐蚀合金与焊接钢相比有低熔透性的特点。一般不宜采用大线能量来增加熔透性，以防止药皮过热，使脱氧元素过多的烧损以及焊接熔池过分搅动所导致的焊缝形状的劣化。为了保证焊接接头的熔透，应选择大坡口角度和小钝边为特点的接头型式，且应符合设计要求。若设计无要求时，则应符合下表要求：焊 接 方 法 焊 接 参 数 MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 7 of 12 122112 坡口名称 坡口形式 坡口尺寸 厚度(mm)间隙 b(mm)钝边 p(mm)坡口角度()管子对接 V 型坡口 8 2.50.5 10.5 755 8 2.50.5 10.5 705（3）组对 壁厚相同的管子、管件组对时，其内壁应平齐，内壁错边量不应大于 0.5mm。对不等厚的管子和管件组对时，当错边量大于 0.5mm 时，应对管子和管件进行加工，如下图所示：内壁尺寸不相等2110mm 外壁尺寸不相等2-110mm 内外壁尺寸均不相等 pb MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 8 of 12 （4）定位焊接 焊接定位焊缝的焊接材料和焊接工艺应与正式焊接相同，且应由合格焊工施焊。定位焊缝采用钨极氩弧焊时，焊缝背面应进行充氩保护。定位焊缝应均匀分布，不宜少于 23 点。正式焊接时，起焊点应在两焊缝之间。定位焊缝的长度宜为1015mm，高度宜为24mm，且不应超过壁厚的2/3。定位焊缝应保证焊透及熔合良好，且不得有气孔、夹渣等缺陷。定位焊缝应平缓过渡到母材上，且焊缝两端应磨削成缓坡。焊接工艺要求 焊接时应采用小线能量和保持电弧电压的稳定，在保证不接触钨极的条件下，应用尽可能短的电弧长度施焊。且选择合适的焊接速度，以保证足够的熔透、焊缝宽度与焊缝致密性。焊接速度过低或过高时均容易产生气孔。手工电弧焊时，由于镍基耐蚀合金焊接熔池流动性较差，为防止产生未熔合、气孔等缺陷，一般要求在焊接过程中适当摆动焊条把熔化金属送到坡口中合适的位置。焊缝接口再引弧时应采用反向引弧技术，以利调整接口处焊缝平滑并且能有利于抑制气孔的发生。焊缝多层焊时，宜采用多道焊。每一焊道完成后均应彻底清除焊道表面的熔渣并进行检查，消除各种表面缺陷。每层焊道的接头应错开。一般情况下我们对于镍基耐蚀合金材料不进行焊前预热和焊后热处理。只有当管子或管件温度低于 15时，才对焊缝两侧各 300mm 范围内加热至 1520，且应热透，以免湿气冷凝导致焊缝气孔。但对于拘束大的厚壁焊件，宜采取预热措施。层间温度应低于 100。当采用钨极氩弧焊方法焊接底层焊道时，焊缝背面应采用充氩保护。焊接过程中，焊丝的加热端应处于气体保护的状态，不能用来搅动熔池。管子表面严禁有电弧擦伤，并严禁在管子表面引弧和收弧。焊接中应确保引弧和收弧处的质量，收弧时应将弧坑填满，并用砂轮将收弧处修磨平整。对于小直径的管子，焊接中宜采取在焊缝两侧加装冷却铜块或用湿布擦拭焊缝两侧等措施，以减少焊缝的高温停留时间，加快焊缝的冷却速度。焊接完毕后，应及时将焊缝表面的熔渣及表面飞溅物清理干净。并对焊缝表面做酸洗、钝化处理。焊缝返修 MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 9 of 12 当焊缝需要返修时，缺陷消除应采用砂轮打磨或其它机械方法，并修整成适合补焊的形状，确认缺陷已消除后方可补焊。返修时宜用钨极氩弧焊，并应采用业经评定合格的工艺参数进行焊接。返修部位应按原检测方法进行检验，其质量要求与原焊缝相同。同一部位的返修次数不宜超过二次，超次返修应制订措施，经施工单位技术总负责人批准。5.2.2.4 当焊件较厚需多层焊应符合下列规定：A、除打底焊外其余焊层宜采用多道焊。B、层间温度应小于 100。C、每一层每一道焊完后均应彻底清除焊道面的熔渣，并消除各种表面缺陷。D、各层各道的焊接接头要错开。5.2.2.5 采用实芯焊丝或不填丝的钨极氩弧焊时，焊缝背面应充氩，实行内保护，内保护措施可采用管子整体或局部充氩两种方法，并应符合下列要求：A、管内充氩气开始时流量可适当加大，确认管内空气完全排除后方可施焊。B、焊接时充氩气流量可逐步降低，以避免充氩气压力较高而造成焊缝背面在成形时出现内凹或根部未焊透现象。5.2.2.6 钨极氩弧焊时，焊丝的加热端应始终在氩气保护之下。5.2.2.7 焊件表面严禁电弧擦伤，并严禁在焊件表面引弧、收弧。5.2.2.8 与焊件连接的焊接电源地线不得直接接触工件，应采用与焊件同材质的材料过渡连接，以避免污染。5.2.2.9 焊接中应确保引弧与收弧的质量，收弧的弧坑应填满。5.2.2.10 焊接管径较小且热裂倾向较大材质的焊缝时，宜采取焊缝两侧装冷却铜块，或用冷水、乙醇擦拭焊缝两侧等措施，以减少焊缝的高温停留时间，加快焊缝冷却速度。5.2.2.11 焊接完毕必须及时将焊缝表面的熔渣及周围的飞溅物，防飞溅材料清理干净。5.2.3 焊缝返修 5.2.3.1 清除缺陷后应将清除后的焊缝修磨成至少 13 的斜度。5.2.3.2 返修时应采用钨极氩弧焊，其工艺应经评定合格。5.2.3.3 焊缝返修后仍按原规定检验。5.2.3.4 同一部位的返修次数不得超过两次，需要第三次返修时，应制定措施并经质保工程师批准，在施工记录中注明。MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 10 of 12 6 镍管施工过程中应注意的问题 6.1 焊前应将坡口及两侧lm 范围内的油污、锈、污物清理脱脂干净。6.2 接地线应与焊件接触牢固，焊接时在坡口内引弧，焊件表面不得有电弧擦伤等缺陷。6.3 焊前应将坡口两侧涂上防飞溅涂料。6.4 组对和焊接时，焊件应与铁碳材料隔离；同时施工中要用不锈钢锤、不锈钢刷以及专用的砂轮片。6.5 焊接过程中不允许焊条横向摆动，厚壁材料焊接时应采用多层多道焊。6.6 卡具、临时支架与母材接触部分材质应和母材相同或相近，夹具拆除应用砂轮磨除，严禁敲打。6.7 可以进行双面焊接的焊缝，与介质接触面应最后焊接。6.8 焊缝完成后应按规定进行酸洗钝化处理。7 镍管季节性施工技术措施 7.1 冬季室外作业应设防风保温棚。7.2 雨季室外作业应设防雨棚；当焊缝处潮湿时应烤干；焊接时焊条筒盖要盖严。7.3 当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：7.3.1 环境温度低于 0 7.3.2 手工电弧焊时风速大于 8ms，氩弧焊时风速大于 2ms 7.3.3 相对湿度大于 80 7.3.4 雨雪天气 8 镍管质量检验 8.1 质量检验标准及方法 8.1.1 焊接质量检验按照 0B50236现场设备、工业管道焊接二工程施工及验收规范等标准执行。8.1.2 质量检验标准 A、保证项目 焊材必须符合设计要求。检验方法：检查出厂合格证或质量证明书、复验报告 焊接前必须做焊接工艺评定，且应符合焊接工艺评定规范要求。检验方法：检查焊接工艺评定报告 焊缝无损检测必须符合设计要求和规范规定。检验方法：检查无损检测记录不日报告 MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 11 of 12 焊接人损必须经过考试并有合格证书。B、检验方法：检查施焊人员合格证书 基本项目 焊缝表面无裂纹、气孔、夹渣、凹陷、飞溅、药皮、焊疤等缺陷。检验方法：观察检查按系统抽查 10，不少于 3 处 单线图上必须标注有焊工号。检验方法：观察检查，按系统抽查 10，不少于 3 处 C、允许偏差项目 焊缝允许偏差项目及检验方法 序号 项目 规定值 允许偏差（mm）检查数量 检验方法 1 咬边 深度 0.5 按系统抽查10%，且不少于 3 道焊口 用焊接检验尺检查 长度 连续长度 50 两边总长度 10%L 2 余高 1+0.1C 3 焊后错边量 不宜超过壁厚的 10%，且不大于 1mm 4 焊角尺寸 1 5 焊缝宽度 不带坡口 0.9-1.1 带坡口 每边超出坡口 1-2 注：L焊缝长度：C焊缝宽度；管壁厚度。MEI Installation Package of Arkema Tiger Project Project No.:CC0812E1245 Owner:Arkema EPCM:MWP Date:22-4-28 Sheet 12 of 12 8.2 质量控制点 质量控制点 序号 质量控制点 控制等级（A、B、C）主要控制方法 1 焊接施工方案 B 编制焊接方案，进行工艺技术交底和安全技术交底 2 焊工资质 B 及时进行焊工取证，严格焊工持证上岗 3 焊接工艺评定 CB 严格遵循 JB4708 规定进行，工艺评定覆盖率 100%4 焊接工艺指导书 C 严格按照标准规范、工艺评定编制 5 焊材管理 C 控制焊材采购、验收、保管、烘干、发放环节、锅炉、压力容器、压力管道焊材做到可追溯性 6 焊缝对口质量检查 C 焊缝对口间隙、钝边、坡口角度、坡口两侧清理应符合工艺指导书 7 焊接环境 C 焊接环境的风速、温度、湿度应符合工艺指导书。设防风雨棚 8 焊接过程 C 焊接施工的工艺参数应符合工艺指导书的规定，质检员及时进行抽查 9 外观检查 C 焊缝完成后焊工应进行自检，质检员进行专检，合格标准按有关规范和工艺指导书的要求 10 无损检查 BR 编制无损检测工艺 按委托单及规范和工艺进行检测 11 焊缝返修 CR 焊缝返修应核准缺陷的位置，及时按原工艺进行，超次返修应编制返修工艺，经焊接工程师审核，项目技术负责人批准