氣化爐殼體焊接接頭裂紋修補(bǔ)工藝

周武強(qiáng) 李滿才

中化二建集團(tuán)有限公司 山西太原 030021

氣化爐殼體焊接接頭裂紋修補(bǔ)工藝

周武強(qiáng) 李滿才

中化二建集團(tuán)有限公司 山西太原 030021

本文總結(jié)了作者參加一企業(yè)事故搶修，材質(zhì)為BHW35的氣化爐殼體下錐體與筒體焊接接頭，運(yùn)行中產(chǎn)生形成裂紋原因分析、修補(bǔ)。

氣化爐殼體焊接接頭 材質(zhì)BHW35 裂紋 修補(bǔ)工藝

生產(chǎn)甲醇的工業(yè)化裝置中，氣化工序是核心裝置，其中關(guān)鍵設(shè)備氣化爐的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表1。義馬氣化廠2＃氣化爐，2000年2月出廠，2001年投產(chǎn)運(yùn)行至今停車后，外殼體件Z－58和件G－6組成焊縫產(chǎn)生見(jiàn)圖1所示。為了確保設(shè)備以后安全運(yùn)行，必須對(duì)產(chǎn)生裂紋的焊縫進(jìn)行返修。

1 現(xiàn)場(chǎng)勘查焊接接頭裂紋

停車對(duì)環(huán)焊縫進(jìn)行了100%超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)圓周方向從設(shè)備內(nèi)壁至外壁有裂紋。見(jiàn)圖2所示。

2 產(chǎn)生裂紋缺陷原因分析

BHW35相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)低合金鋼13MnNiCrMoNbg，它們焊接性相似。碳及合金元素含量都較高，有再熱裂紋傾向和延遲裂紋傾向，是產(chǎn)生裂紋主要原因之一。

表1 氣化爐技術(shù)參數(shù)

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，這條環(huán)焊縫是組對(duì)焊接產(chǎn)生應(yīng)力集中，制造過(guò)程焊后熱處理工藝不妥或沒(méi)有執(zhí)行熱處理工藝，促使運(yùn)行中延遲裂紋的產(chǎn)生和形成。

3 裂紋缺陷修補(bǔ)

3.1 檢修原則和檢修程序

3.1.1 檢修原則

根據(jù)設(shè)備技術(shù)特性和運(yùn)行狀態(tài)，內(nèi)套受夾套和爐膛壓差不大。由于外殼壁厚較大，單從外側(cè)返修焊縫不能保證焊縫系數(shù)為1，熱處理溫度無(wú)法保證。外殼焊縫返修采取內(nèi)外挖補(bǔ)，內(nèi)部影響返修作業(yè)面的內(nèi)殼膨脹節(jié)需臨時(shí)去除，待外殼返修完成后，再組對(duì)焊接。

3.1.2 檢修程序

3.2 檢修受壓元件（見(jiàn)表2）

表2 檢修切割焊接返修受壓零部件

3.3 材料

3.3.1 外殼BHW35鋼板和13MnNiCrMoNbg鋼板

BHW35為德國(guó)梯森鋼廠的鋼號(hào)，是德國(guó)六十年代研制成功的可焊貝氏體型耐熱結(jié)構(gòu)鋼；其在EN10028中的牌號(hào)為13MnNiMo54；我國(guó)將其移植到GB713，牌號(hào)為13MnNiCr-MoNbg。它是一種添加有鎳、鉻、鉬和微量鈮（鈮起細(xì)化晶粒并強(qiáng)化的作用）的細(xì)晶粒低合金鋼。該鋼有較好的綜合力學(xué)性能，有較高的高溫屈服點(diǎn)和對(duì)裂紋不敏感的特性，良好的焊接性能和工藝性能。適用于工作溫度不超過(guò)400℃的各種焊接件，如鍋筒、壓力容器等構(gòu)件。BHW35和13MnNiCrMoNb鋼板化學(xué)成分見(jiàn)表3，機(jī)械性能見(jiàn)表4。

表3 BHW35和13MnNiCrMoNb鋼板化學(xué)成分

表4 BHW35和13MnNiCrMoNb鋼板機(jī)械性能

3.3.2 內(nèi)殼20g鋼板

20g鋼板是鍋爐上最常用的碳鋼板。其化學(xué)成分和機(jī)械性能見(jiàn)表5，它有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和良好的塑性，還有良好的冶煉、制板、焊接、熱處理和冷熱成型等工藝性能。它的用途極廣泛，主要用于工作溫度≤450℃的中低壓鍋爐做鍋筒及法蘭、集箱端蓋等件，但在大型鍋爐中用量較少，主要用在壓力較低的部位。見(jiàn)表5。

3.3.2 焊接材料

3.3.2.1 外殼返修選用的焊接材料

選用國(guó)產(chǎn)焊條，焊條型號(hào)E6015－G（GB/T5118）牌號(hào)J607RH，160kg。使用前，焊條經(jīng)350～430℃烘烤1h，移至恒溫箱100～150℃保溫待用。

3.3.2.2 內(nèi)殼組焊選用的焊接材料

打底選用氬弧焊絲型號(hào)TIG－50 5kg

填充蓋面選用國(guó)產(chǎn)焊條，焊條型號(hào)E4315（GB/T5117）牌號(hào) J427，30kg。

使用前，焊條經(jīng)350℃烘烤1h，移至恒溫箱150℃保溫待用。

3.4 裂紋確定

用電動(dòng)鋼絲刷打磨殼體下封頭和筒體環(huán)焊縫內(nèi)表面及焊縫兩側(cè)各100mm范圍，露出金屬光澤。殼體內(nèi)表面焊縫打磨區(qū)域，進(jìn)行100%滲透檢測(cè)和100%超聲波檢驗(yàn)，裂紋數(shù)量多，縱向和橫向分布不規(guī)則。根據(jù)表面狀態(tài)，確定了整條環(huán)焊縫全部返修。內(nèi)側(cè)補(bǔ)焊后，沒(méi)有清除的裂紋，從外側(cè)返修。

表5 20g鋼板化學(xué)成分和機(jī)械性能

3.5 裂紋缺陷清除及焊接破口打磨

檢測(cè)到裂紋部位，參照超聲波檢測(cè)的裂紋深度和方向，采用碳弧氣刨挖除，判斷挖除后，用磨光機(jī)打磨去除滲碳層，破口內(nèi)光滑，再進(jìn)行滲透檢測(cè)。相鄰?fù)诔伍g隔長(zhǎng)度小于100mm時(shí)，應(yīng)兩段挖通。挖除段長(zhǎng)度應(yīng)大于100mm，每段兩端應(yīng)有1/3坡度。挖除深度不應(yīng)超過(guò)34mm，此時(shí)裂紋沒(méi)有消除，內(nèi)側(cè)補(bǔ)焊完畢后，從外測(cè)再次挖除裂紋。裂紋缺陷清除應(yīng)做好記錄，補(bǔ)焊前破口形狀如圖3所示。裂紋如延伸到母材，挖出裂紋參照以上要求。

3.6 外殼焊接修復(fù)工藝

(1)工藝要求

具有可覆蓋修復(fù)焊縫焊接的合格焊接工藝評(píng)定報(bào)告，并依此報(bào)告制訂了焊接工藝卡。

（2）焊工資格

按《鍋爐壓力容器管道焊工考試與管理規(guī)則》考試，具有SMAW-Ⅱ-2G－12－F3J合格項(xiàng)目的焊工具備本次修理手工電弧焊接工作。

（3）氣刨和破口要求

氣刨采用反極性，電流250～350A，空氣壓力0.5～0.55Mpa，弧長(zhǎng)1～3mm變化。碳棒伸長(zhǎng)長(zhǎng)度81～100mm。

氣刨或氣割后，電動(dòng)磨光機(jī)打磨破口應(yīng)平整，破口面不得有分層、裂紋、夾雜等。挖深34mm沒(méi)有清除裂紋，裂紋應(yīng)至于破口底部第一層焊接。

破口表面及兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)的水、鐵銹、油污、積渣和其他有害雜質(zhì)應(yīng)清理干凈。

（4）預(yù)熱及層間溫度

內(nèi)部補(bǔ)焊，在外壁貼電加熱器片預(yù)熱。

預(yù)熱范圍大于焊縫兩側(cè)各160mmm，預(yù)熱溫度180～200℃，焊件在整個(gè)焊接過(guò)程中層間溫度不應(yīng)低于此溫度。

（5）后熱

殼體鋼材為低合金高強(qiáng)鋼，對(duì)裂紋敏感性較大，該環(huán)焊縫拘束度較大，每層焊后不連續(xù)進(jìn)行下一層焊接和蓋面層焊接完，在焊接接頭溫度不低于層間溫度就進(jìn)行后熱處理，后熱溫度為300～350℃，保溫3～4h。測(cè)溫使用熱電偶鎧裝熱電偶。

3.7 焊接技術(shù)要求

（1）焊接前，應(yīng)對(duì)施焊焊工進(jìn)行技術(shù)交底。

（2）設(shè)備殼體上焊接臨時(shí)工卡具，必須在臨時(shí)構(gòu)件上引?。徽窖a(bǔ)焊、點(diǎn)焊引弧均應(yīng)在破口內(nèi)。嚴(yán)禁在母材上引弧。

（3）外殼體焊接臨時(shí)構(gòu)件，應(yīng)對(duì)殼體的焊接部位預(yù)熱180～200℃。

（4）收弧采用回弧法，注意弧坑填滿。

（5）防止地線、電纜線、焊鉗和殼體打弧。

（6）殼體被電弧擦傷的弧坑，需用電動(dòng)磨光機(jī)修磨，使其均勻過(guò)渡到母材表面，修磨的深度應(yīng)不大于2mm，否則，需要補(bǔ)焊。

（7）多層焊道間接頭應(yīng)盡量錯(cuò)開(kāi)。

（8）每層焊接完成，使用風(fēng)槍錘擊焊縫1～3次，消除應(yīng)力。

（9）焊接環(huán)境：環(huán)境溫度大于10℃，風(fēng)速小于2m/s，相對(duì)濕度小于90%。

3.8 無(wú)損檢測(cè)

滲透探傷：外殼體焊縫返修前，焊縫內(nèi)外表面及焊縫兩側(cè)100mm范圍內(nèi)，進(jìn)行100%滲透探傷檢測(cè)；缺陷清除后補(bǔ)焊前，進(jìn)行100%滲透探傷檢測(cè)；補(bǔ)焊完48h后，補(bǔ)焊焊縫表面進(jìn)行100%滲透探傷檢測(cè)；臨時(shí)工卡具去除后焊縫痕跡100%滲透探傷檢測(cè)。不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。

超聲波探傷：外殼體焊縫裂紋挖除前，滲透探傷檢測(cè)后，再進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)裂紋深度、長(zhǎng)度；補(bǔ)焊完畢，射線檢測(cè)合格后，進(jìn)行100%超聲波復(fù)查，Ⅰ級(jí)合格。內(nèi)筒體組裝焊接完48h后，表面進(jìn)行100%滲透探傷檢測(cè)，焊縫內(nèi)表面進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)，除未焊透缺陷外，不得有其他任何缺陷。

射線檢驗(yàn)：外殼體焊縫返修前，滲透探傷沒(méi)有檢測(cè)到裂紋部位，進(jìn)行100%射線檢驗(yàn)。修補(bǔ)焊縫完成24h后，進(jìn)行100%射線檢測(cè)，Ⅱ合格。

3.9 焊后熱處理

外殼焊接修補(bǔ)完后，無(wú)損檢測(cè)完畢，進(jìn)行焊后去氫消除應(yīng)力熱處理；內(nèi)殼焊接后，不進(jìn)行熱處理。

3.9.1 焊后去氫消除應(yīng)力熱處理參數(shù)

焊后熱處理厚度：δPWHT＝52mm；

焊后熱處理溫度：600～640℃

最短保溫時(shí)間：（2＋）＝2.02h

焊縫兩側(cè)加熱寬度≥110mm

采用圓周方向分段熱處理，每段重疊加熱長(zhǎng)度≥1500mm。加熱區(qū)域以外采取保溫措施，防止產(chǎn)生有害的溫度梯度。

焊件升溫400℃以后，升溫速度須控制在50～100℃。

升溫期間，加熱區(qū)內(nèi)任意長(zhǎng)度為5000mm內(nèi)的溫差不得大于120℃；保溫期間，加熱區(qū)最高與最低溫度之差不得宜大于60℃。

焊件溫度高于400℃時(shí)，加熱去降溫速度宜為125～50℃。

3.9.2 加熱

采取電加熱技術(shù)，外部加熱內(nèi)部修理時(shí)加熱器布置見(jiàn)圖4。內(nèi)部加熱外部修理時(shí)，加熱器布置參考圖4。

3.9.3 測(cè)溫和記錄

采用鎧裝熱電偶，測(cè)溫點(diǎn)數(shù)4個(gè)，均勻分布在加熱另一個(gè)側(cè)面。

4 成果

外殼返修焊縫焊接后，焊縫無(wú)損檢測(cè)一次拍片合格。設(shè)備已投入運(yùn)行。

5 改進(jìn)措施

熱處理加熱建議改為內(nèi)外側(cè)同時(shí)布置加熱器片，保證焊縫熱處理溫度均勻達(dá)到熱處理溫度。

1氣化爐竣工圖和竣工技術(shù)文件.

2現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)焊接接頭報(bào)告.

3《焊接手冊(cè)》中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.1992年8月.

4李平謹(jǐn).從現(xiàn)場(chǎng)工程焊接實(shí)例分析壓力容器制造焊接質(zhì)量控制的若干問(wèn)題合肥通用機(jī)械研究所.

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1672-9323（2011）01-0053-04

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