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浅谈锆材、哈氏合金管道安装及焊接

作者：张庭柱

来源：《中国科技纵横》2013年第21期

【摘 要】 为了保证锆材、哈氏合金这种昂贵的进口材料的管道施工质量，在锆材、哈氏合金管道焊接、安装工作中要严格按照工序施工，尤其是锆材焊接时对空气的温度、湿度及清洁度都有严格的要求，只有严格按照工序施工焊接，才能保证焊口的质量。 【关键词】 锆材 哈氏合金管道 安装 焊接 1 简介

2006年2月本人负责大庆油田化工集团一期工程20万吨/年醋酸工程项目中的特材工艺管道安装施工。本工程的特材管道材质分为锆材（Zr702）和哈氏合金的（B-3）、（C-276）两类。特材管道共有1085米，其中锆材管道有632米，哈氏合金（B-3）管道有137米，哈氏合金（C-276）管道有316米。总焊口为2111道，总达因为7777个，其中锆材管道焊口为1293道，达因为4664个，哈氏合金（B-3）管道焊口为183道，达因为956个，哈氏合金（C-276）管道焊口为635道，达因为2157个。

锆材的特性是：锆是一种耐蚀金属材料，对氧、氮和氢具有活性，很容易与氧起反应并形成稳定的氧化物，而且在高温下对氮、氧、氢具有高的可溶性，少量溶解的氧、氮和氢可提高锆的硬度并降低锆的延性。锆在高温下还会与碳和碳化物起反应，过多的碳还会引起脆性。由于锆对氧、氮和氢具活性，施焊时必须使用高纯度的惰性气体保护或在良好的真空室里进行焊接。另外，为了避免使用金属变脆或引起气孔的碳化物和氧化物的溶解，锆表面不得有油、油脂和污物。

哈氏合金又分哈氏B系列、哈氏C系列、哈氏G系列、哈氏H-9M系列及哈氏N系列等，我们施工的管道有哈氏HB3和哈氏C276两种。哈氏HB3是一镍基可锻合金，在任何温度下对所有浓度的盐酸都有极好的抗腐蚀能力，也具有耐硫酸、氢氟酸、醋酸及磷酸的能力。这一合金对应力腐蚀裂纹、刀口腐蚀及热影响区的侵袭都具有很强的阴抗能力。能阻止晶界碳化物在焊接热影响区形成。因此适用于工作在特殊化学工艺状态下的焊接构件和管道。哈氏C276具有抗菌素点蚀、应力腐蚀裂纹和耐酸的能力。对各化学介质，如强氧化剂、氯化铁、氯化铜、加热的不纯净介质（有机的和无机的），氯气、甲酸和醋酸、醋酸酐、海水及盐水溶液都有很好的抗腐蚀能力。 2 施工技术要求

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由于锆和哈氏合金对焊接条件的要求都较严格，尤其是锆材焊接时对空气的温度、湿度及清洁度都有要求，所以要求施工在室内进行，管件要放置在货架上，管子下面要垫好枕木而且做好标识。下面分若干条说明特材管道的预制、安装和焊接。 2.1 管道预制

（1）本工程的管道中，工艺阀与仪表控制阀数量较多，现场预制时可以此为预制端点，同时注意法兰安装方向。（2）管道分段预制应满足以下要求：法兰应置于容易拧紧螺栓的位置；管段上的焊口应离开吊装点一定的距离（不小于50mm），便于施焊与检验，可经实测结合单线图的尺寸进行调整；管道的开孔应在预制中完成；选择易于现场调整的平面弯管做好封闭段。（3）每道工序应认真核对管子标记，并做好移植工作。（4）管道预制加工后，首先清理内部，不得留有沙土及其他杂物，封闭两端并妥善存放。 2.2 管道切割、坡口加工、组对 2.2.1 锆材管道

（1）锆管下料时最好采用机加工，如用弓形锯床据断，如管子直径较大可采用带锯手工锯切割，若管子较短时也可用车床车断，不管是锯是车速度都要慢，锯床每分钟往复次数70次左右，车床转速为60RPM左右，而且要不断向切口浇水降温。一旦发现切口变色（浅蓝色或蓝色）说明此区域材质已变必须去除掉。当然也可用氮氢混合气等离子切割机切割，切割后去除氧化区，空气等离子切割机也能用，但切割后氧化区大的多，去除氧化区要耗费大量的人工和时间，因此管子切割最好不用等离子，但锆板切割时就要采用等离子切割，用车床或锯床就不行了。施工时有时没有成品三通就需要现场开三通，就采用磁力钻钻孔，钻好孔后再用锉刀修口。

（2）管子加工坡口时可采用管坡口机也可使用车床，锆的特性比较软，2″以下的管子用锉刀锉也比较方便比较快，根据经验φ219（含219）以下的管子用卧式坡口机比较方便，φ273（含273）以上的管子手持式坡口机较方便；锆板坡口的加工可用板坡口机，小块板材也可用刨床刨坡口，用锉刀锉也可以，只不过耗费人工和时间多些。

（3）焊口在焊接前用锉刀把焊口及焊口两侧25mm以内的区域锉干净去除氧化皮，焊口内侧也用圆锉把氧化皮去掉，并用丙酮或无水酒精清除焊口内外油脂、灰尘、水份等污物。若在阴雨天气焊口比较潮湿，要先用电热风把焊口吹干。清理好的焊件要立即进行焊接或对待焊区采取封盖等防尘措施。焊件放置时间不宜超过8小时，否则要进行再次清理。锆管临焊前要用丙酮对坡口和焊丝再清洗一遍。

（4）焊口处理好后要立即点焊，点焊后的焊口要在8小时内焊完，否则要重新锯掉、处理、再点焊、焊接。施工时前做好操作台，台面要用不锈钢做以免污染特材，操作台上固定一个台钳用来夹住管子进行焊口处理和焊接，有些管子较长，前面用台钳夹住后面用滚轮托架托

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住以便管子转动，滚轮托架的制作可根据操作台的高低做可调的，滚轮可用￠100的小朔胶轮，托架可用10#或者12#槽钢或工字钢做。预制好的管段在室内试压完后运到现场安装，运现场前先用耐火玻璃丝布把管子包好以防止现场被污染。（5）不论点口或是正式焊接都要按正规程序做，先把焊件固定好，焊口两侧用堵板堵好，把保护罩放置于焊口，用高温胶带保护罩周围及以外的焊缝密封好，如果管子较大远离高温区的地方也可用普通胶带密封以节省费用，再往里通高纯氩气体，稍后再把焊把放置好开始焊接，焊接前焊丝也要用丙酮清洗干净，焊丝每次拿出熔池后再用时必须把氧化端用虎钳剪掉。 2.2.2 哈氏合金管道

哈氏合金的特点是硬度大，所以下料比较困难，一般只能用砂轮切割机切割，切割后打磨比较困难，它的坡口处理可用砂轮机打磨也可用车床车或刨床刨（用于板材），但不论是车是刨其刀头都要用特种钢刀头，如哈尔滨或上海工具厂生产的YT-15机加工刀头。其焊前焊口处理和锆材一样样磨好口后用丙酮清洗干净，其焊接方法和不锈钢差不多，不同的是每焊一段要及时冷却，要严格控制好层间温度，每一层焊完后要充分冷却后才能焊第二道，所以焊接一道焊口所耗时间相当多。 2.3 管道支、吊架制作安装

（1）管道支架的形式、加工尺寸等应符合设计要求。（2）钢板、型钢一般宜机械切割，切断后应清除毛刺，支吊架的螺栓孔采用机械钻孔，不得使用氧乙炔开孔。（3）支吊架应按设计要求制作，其组装偏差不得大于3mm。（4）制作合格的支吊架应及时喷砂防腐，没有防腐不能安装。（5）管道支吊架应保证其材质的正确，坐标偏差不得大于10mm，标高不宜超过10mm。（6）支吊架安装宜在管道安装前进行，并在管道安装时及时进行调整，支吊架应与管道紧密接触，不得有空隙，不得使管子产生外力和位移。支吊架与特材管道接触面之间要用石棉板隔离，以保护管道不被侵蚀。（7）管道安装完毕后，应按设计文件规定逐个核对支、吊架的形式和位置。 2.4 管道的连接

（1）管道法兰连接，法兰平面应垂直管子中心，管子插入法兰厚度2/3，安装后法兰应保持平等其偏差≯法兰外径的1.5‰，螺孔的偏差≯5%，保证螺栓自由穿入。（2）垫片安装根据设计要求，周边应整齐。（3）管道的焊接连接，管道焊接前须除去坡口表面的氧化皮、及影响接头质量的表面层并将凸凹不平处打磨平整；同时应将坡口及其内外侧表面不小于10mm范围内的油、漆、垢、锈、毛刺等清除干净，且不得有裂纹、夹层等缺陷。焊件不得强行组对。管道焊缝组对时，内壁应平齐，内壁错边量不超过管壁厚度10%且不大于2mm。（4）焊缝焊完后应及时清除焊口表面的焊渣、飞溅物，并将焊缝表面清理干净，然后进行焊缝检验。 2.5 焊接保护罩的制作