國(guó)產(chǎn)乙烯裂解爐的輻射段和對(duì)流段以及段內(nèi)各部位的溫度不同，選有用了不同鋼材的爐管。溫度200～400℃的區(qū)域選用20鋼管或低合金鉻鉬鋼（如15CrMo、12Cr1MoV），爐溫600～700℃區(qū)域選用中合金耐熱鋼1Cr5Mo的管材，溫度950～1050℃的輻射段，選用奧氏體不銹鋼4Cr25Ni20離心鑄造管，與其連接的法蘭材料是奧氏體不銹鋼06Cr18Ni11Ti鍛件。這樣，在同一管路中出現(xiàn)了奧氏體不銹鋼管與1Cr5Mo鋼焊接鋼焊接，同時(shí)也出現(xiàn)了不同牌號(hào)奧氏體不銹鋼的焊接。

一、焊接性分析

由于4Cr25Ni20不銹鋼管為奧氏體基體加上共晶碳化物組織，與上述兩種鋼材焊接時(shí)，在焊接過程中易發(fā)生熱裂紋、冷裂紋和σ相析出。

二、焊接工藝

 1. 焊接材料的選擇 

   為了消除焊接熱裂紋，防止σ相脆化和冷裂紋傾向，要提高焊接材料中碳和氮的含量，又要控制其鉬、鈮的含量。在A407焊條（E310型）的基礎(chǔ)上，研制出一種專用焊條。其熔敷金屬化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％）為：C＝0.35～0.40,Si<1.0, Mn <1.5, S. P<0.035, Cr=23 ~27, Ni=18~20,Mo≤0.15,N=0.04～0.14。經(jīng)多次試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，用該焊條焊接4Cr25Ni20爐管與06Cr18Ni11Ti鍛件法蘭，既能抗熱裂紋又能減少σ相析出，取得了良好的焊接性。4Cr25Ni20不銹鋼爐管與1Cr5Mo鋼管焊接，選用A302焊條（E309型）即可。

 2. 焊接坡口的選擇 

   選用合理的焊接坡口尺寸和形狀來(lái)保證管道根部的焊透性能，可采用V形或U形坡口。可以用焊條電弧焊進(jìn)行打底焊，實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形，但操作技能要求高；選用鎢極氬弧焊的方法，不加填充金屬，將鈍邊熔透也能保證焊根焊透，但對(duì)鈍邊要求嚴(yán)格，要鈍邊尺寸控制在1.0～1.5mm，鈍邊過大或過小均會(huì)引起未焊透或焊穿。管子與管子裝配時(shí)，希望間隙越小越好。同時(shí)對(duì)坡口的加工精度也有相應(yīng)的要求，機(jī)械加工后的坡口要用砂輪磨去尖角和毛刺。在檢查待焊處確認(rèn)無(wú)表面缺陷時(shí)，才允許施焊。

3. 預(yù)熱和層間溫度的控制 

   在4Cr25Ni20不銹鋼管與其他黑色金屬焊接時(shí)，若不進(jìn)行焊前預(yù)熱，在定位焊和正式焊的根部封底焊縫會(huì)產(chǎn)生裂紋，所以必須預(yù)熱。4Cr25Ni20不銹鋼管與06Cr18Ni11Ti鋼焊接時(shí)，預(yù)熱溫度控制在100℃，層間溫度在150℃以下；但4Cr25Ni20不銹鋼管與1Cr5Mo鋼焊接時(shí)，情況則不相同，預(yù)熱溫度要提高到360～400℃，層間溫度控制在300℃左右。雖說預(yù)熱溫度的提高，會(huì)引起4Cr25Ni20鋼焊縫一側(cè)晶內(nèi)碳化物粗化，但它能避免由于預(yù)熱溫度太低，而使1Cr5Mo鋼焊縫一側(cè)形成馬氏體組織而造成脆斷的事故。

 4. 定位焊 

   定位焊最容易產(chǎn)生的缺陷是收弧時(shí)的縮孔，而縮孔往往又會(huì)帶來(lái)弧坑裂紋。為了防止縮孔的產(chǎn)生，焊接電流不宜過大，電弧不能突然熄弧，要在收弧處反復(fù)焊3～4點(diǎn)，以保證填滿弧坑。定位焊焊縫長(zhǎng)度不宜太短，控制在10mm左右。沿管道定位3～4處，要保證定位焊縫焊透，背面呈圓滑過渡，經(jīng)滲透著色檢測(cè)，確認(rèn)無(wú)缺陷時(shí)，方能進(jìn)行根部打底焊。

 5. 打底焊 

   通常選用鎢極氬弧焊的方法且在管內(nèi)充氬氣進(jìn)行施焊。這樣除了可避免產(chǎn)生裂紋外，還能保證背面焊縫成形良好。在封底焊時(shí)，如果不加填充焊絲，收弧處有可能產(chǎn)生裂紋，要采取下列措施來(lái)消除：在收弧時(shí)適當(dāng)填加一些焊絲（H12Cr24Ni13焊絲）填滿弧坑；或者不加焊絲將收弧移到引出板上也可。打底焊焊完后，要進(jìn)行滲透著色檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，必須徹底清除干凈，直至確認(rèn)無(wú)裂紋為止。為了保證背面焊縫成形均勻，組裝時(shí)要嚴(yán)格控制裝配間隙，內(nèi)徑錯(cuò)位量也要控制小于0.5mm為佳。

 6. 其他層次焊道的焊接 

   其他層次焊道的焊縫，大多采用焊條電弧焊的方法進(jìn)行施焊，4Cr25Ni20鋼管與06Cr18Ni11Ti鋼鍛件在焊第二層時(shí)，選用A302（E309型）牌號(hào)焊條，蓋面焊縫選用上面介紹的專用焊條施焊；4Cr25Ni20 不銹鋼管與1Cr5Mo鋼管焊接時(shí)，全部選用A302（E309型）牌號(hào)焊條。

   施焊過程中，在保證焊接質(zhì)量的前提下，選用小的焊接電流和較快的焊接速度。焊條不允許作橫向擺動(dòng)，以窄焊縫為宜。焊接時(shí)不允許在坡口外引弧和收弧，否則易產(chǎn)生裂紋。無(wú)論定位焊、打底焊還是蓋面焊，焊后在焊縫處嚴(yán)禁錘擊，不得使用扁鏟修整焊縫及清渣，因?yàn)?Cr25Ni20不銹鋼管對(duì)冷作硬化特別敏感，還會(huì)促使σ相的形成。焊縫處的清理可使用不銹鋼鋼絲刷或不銹鋼鋼絲輪，修復(fù)缺陷時(shí)應(yīng)使用薄片砂輪。

 7. 焊接后熱處理 

   焊后熱處理的溫度經(jīng)過多次試驗(yàn)和生產(chǎn)考核，最后確定的溫度為1070℃，保溫2h，然后空冷。在此溫度范圍內(nèi)，可以使已生成的σ相進(jìn)行固溶處理，使之在焊縫金屬中消失，這樣就能減少冷裂紋形成的可能性。在生產(chǎn)中，為了消除長(zhǎng)期加熱而生成的σ相，可以把爐溫升高，使σ相重新固溶到奧氏體組織中，然后冷卻，借以消除σ相。這種定期、短時(shí)間提高工作溫度的措施，一般在每使用數(shù)百小時(shí)后，重復(fù)一次，就能達(dá)到上述目的。