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高温高压环境下的管道连接与焊接技术方案

一、方案目标与定位

（一）总体目标

构建“高耐压焊接-密封连接-全周期质控”体系，攻克传统管道焊接强度不足（耐压≤30MPa）、密封失效（泄漏率≥1×10??Pa?m3/s）、高温稳定性差（≥300℃性能衰减≥15%）难题，实现焊接接头耐压≥60MPa、泄漏率≤1×10??Pa?m3/s、400℃长期运行（10000h）性能衰减≤5%，符合《工业金属管道工程施工规范》（GB50235），综合效率提升35%，成品率≥99.5%，适配石油化工、核电、超临界发电等高温高压（温度≤450℃，压力≤80MPa）管道系统。

（二）具体目标

焊接目标：铬钼合金钢（12Cr1MoVG，壁厚10-30mm）、双相钢（2507，壁厚8-25mm）、镍基合金（Inconel625，壁厚5-20mm）管道，焊接热影响区（HAZ）硬度≤240HV、接头抗拉强度≥母材95%、焊缝成型系数≥1.2，无裂纹/未熔合（UT/RT探伤合格率100%）；

连接目标：法兰连接密封面接触率≥98%、螺纹连接扭矩偏差≤±3%、焊接+法兰组合连接耐压≥设计压力1.5倍，适配频繁温度波动（-20℃~400℃）及振动工况（10-500Hz，5g加速度）。

（三）定位

适用于石油化工12Cr1MoVG蒸汽管道（温度400℃，压力50MPa，管径200mm）、核电2507双相钢冷却水管（温度350℃，压力40MPa，管径150mm）、超临界发电Inconel625高温管道（温度450℃，压力80MPa，管径100mm）的连接与焊接，解决“高温蠕变导致泄漏”“高压下焊缝开裂”“连接部位密封失效”问题，覆盖现场安装（单日≥50m）与工厂预制（单日≥100m）。

二、方案内容体系

（一）高温高压管道焊接工艺设计

核心焊接方案

12Cr1MoVG合金钢管道焊接（壁厚20mm，管径200mm）：

设备：窄间隙埋弧焊机（功率1200W，定位±0.02mm）+预热装置；

参数：预热温度250-300℃，焊接电流400-450A，电压30-32V，焊接速度250mm/min，层间温度≤350℃，焊后热处理（680℃×4h，降温速度≤50℃/h），HAZ硬度220HV，接头抗拉强度≥540MPa，焊缝泄漏率5×10?1?Pa?m3/s。

2507双相钢管道焊接（壁厚15mm，管径150mm）：

设备：脉冲TIG焊机（脉冲频率50-100Hz，定位±0.01mm）；

参数：焊接电流180-220A，电压12-14V，保护气体（Ar+N?，比例9:1，流量20L/min），不预热（避免脆化），焊后酸洗钝化（硝酸+氢氟酸溶液，温度50℃，时间15min），HAZ宽度≤2mm，耐盐雾1000h无锈蚀，接头耐压≥60MPa。

Inconel625镍基合金管道焊接（壁厚12mm，管径100mm）：

设备：激光焊机（功率4000W，定位±0.005mm）；

参数：焊接速度1.5-2m/min，离焦量+3mm，保护气体（纯Ar，流量25L/min），焊后激光重熔（功率2000W，扫描速度5mm/s），焊缝成型系数1.3，接头高温（450℃）抗拉强度≥700MPa，蠕变变形≤0.1%（10000h）。

焊接优化

高温稳定性：采用“低匹配焊丝+焊后缓冷”，12Cr1MoVG接头400℃蠕变寿命延长至15000h；

密封保障：焊缝余高打磨至与母材平齐（公差±0.1mm），消除应力集中，泄漏率降低至1×10?1?Pa?m3/s。

（二）高温高压管道连接工艺设计

核心连接方案

法兰密封连接（12Cr1MoVG管道，PN63法兰）：

设备：扭矩扳手（精度±1%）+密封面检测仪；

流程：法兰密封面抛光（Ra=0.8μm，接触率99%）→安装金属缠绕垫片（材质Inconel625，厚度3mm）→对角紧固螺栓（扭矩800N?m，偏差±2%）→耐压测试（75MPa，保压30min无泄漏），适配400℃高温，垫片使用寿命≥5年。

焊接+螺纹组合连接（2507双相钢管道，螺纹规格M50×2）：

设备：螺纹滚轧机（精度±0.01mm）+TIG焊机；

流程：管道端部滚轧螺纹（牙型公差±0.005mm）→螺纹密封胶涂覆（耐高温型，厚度0.1mm）→拧紧（扭矩500N?m）→焊缝加固（TIG焊，电流150A）→泄漏测试（60MPa，保压20min无泄漏），适配振动工况，连接部位无松动（500Hz振