裂解爐輻射爐管焊縫返修工藝

石廣湖

2007年5月份，在某項(xiàng)目8×15萬t/a乙烯裂解爐施工中發(fā)現(xiàn)，到貨的輻射爐管焊縫存在大面積裂紋等缺陷。當(dāng)時(shí)的具體情況為，在對CAF1和CAF2爐爐管焊縫進(jìn)行5%RT抽檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)爐管焊縫存在質(zhì)量問題，抽檢的32道口共有：1道口有裂紋，3道口有條渣、未熔合等缺陷，按JB4730—2005評片為Ⅳ級。后面對其他爐子的爐管進(jìn)行射線檢測，發(fā)現(xiàn)總計(jì)有輻射爐管136道存在需要返修的缺陷。經(jīng)查原制造廠無損檢測底片，并與現(xiàn)場無損檢測底片相對比后得出結(jié)論，此裂紋為焊接過程中產(chǎn)生的熱裂紋，當(dāng)時(shí)無損檢測人員在評片過程中漏判。

按規(guī)范要求，此部分爐管應(yīng)返回制造廠或者由制造廠到現(xiàn)場來進(jìn)行返修，因施工周期有限和實(shí)際情況，制造廠委托我公司對此管焊縫進(jìn)行修復(fù)。本文以此次高鉻鎳焊縫返修為例，全面介紹高鉻鎳輻射爐管焊接及返修的相關(guān)問題。

1.材質(zhì)說明

裂解爐爐管材質(zhì)分別是X40NiCrSiNb35—25和X45NiCrSiNb45—35，兩種材料是耐高溫、抗氧化和抗?jié)B碳的特種合金，富含有Al、Ti、Ni、Nb等合金，母材的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表1、表2所示。

從表1看出，該種材料焊接時(shí)主要考慮焊縫的高溫耐熱強(qiáng)度，因?yàn)樵摲N材料化學(xué)成分中的Ni含量較高，主要是為了提高材料的耐高溫性能，同時(shí)在焊接過程中Si可以起到一定潤濕焊縫熔融金屬的作用。

2.返修工藝

（1）焊接方法 為了避免X40NiCrSiNb35—25和X45NiCrSiNb45—35在焊接過程中出現(xiàn)熱裂紋，應(yīng)采用熱輸入相對集中且較小的鎢極氬弧焊的焊接方法。

（2）焊接材料的選用 在特殊材料的焊接施工中選用正確合適的焊接材料極為重要，焊接材料應(yīng)保證熔敷金屬的C、Cr、Ni、Co、Mo、W及Nb等含量分別與母材成分相當(dāng)。X40NiCrSiNb35—25焊接選用25.35Nb TIG，X45NiCrSiNb45—35的焊接選用35.45Nb TIG。

（3）焊接工藝制定 從X40NiCrSiNb35—25和X45NiCrSiNb45—35材料的焊接性分析可知，該種材料的焊接過程中主要存在以下問題。因此，在制定焊接工藝時(shí)應(yīng)考慮如何解決這些問題。

第一，焊接熱裂紋問題。解決辦法：一是嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)，盡量選用S、P含量相對較少的焊接材料。同時(shí)在焊接前徹底清理坡口，必要時(shí)可采用丙酮清洗坡口兩側(cè)，以防油污、雜質(zhì)等熔入焊縫金屬，引起熱裂紋；二是應(yīng)盡量減小焊縫過熱，避免形成粗大的柱狀晶，焊接時(shí)應(yīng)采用小的熱輸入和小截面焊道，采用多道焊接，嚴(yán)格控制層間溫度在100℃以下，以防止焊縫及熱影響區(qū)晶界組織成分增大，造成焊接接頭的高溫韌性下降。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2

第二，化學(xué)成分偏析問題。產(chǎn)生原因：一是X40NiCrSiNb35—25和X45NiCrSiNb45—35含碳量高；二是為了提高爐管的抗氧化性能，在材料中加入較多的Si元素。由于Si元素含量的提高，使焊接時(shí)極易造成化學(xué)成分偏析，從而產(chǎn)生焊接熱裂紋。

解決辦法：采取合理的焊接工藝，控制焊接熱輸入，同時(shí)應(yīng)提高焊接的合格率，減少焊縫的返修，避免焊縫金屬二次過熱，從而降低焊縫化學(xué)成分的偏析程度。在焊接施工中，必須首先確定焊縫缺陷的具體位置，清除缺陷時(shí)要盡可能減小開口面積。開口面積越大，補(bǔ)焊熱影響區(qū)越大，產(chǎn)生熱裂紋的傾向就越大；反之亦然。補(bǔ)焊缺陷時(shí)應(yīng)采用小電流，快速焊。

第三，母材的微裂紋。應(yīng)盡量采用坡口機(jī)加工，避免等離子切割時(shí)母材受熱產(chǎn)生缺陷。組對焊接前，必須對坡口認(rèn)真清理，并進(jìn)行嚴(yán)格的外觀和滲透檢查，坡口表面不得有裂紋、夾渣、分層等缺陷。氬弧焊完成后，待焊縫冷卻至室溫后，做滲透檢查，其他焊層之間應(yīng)進(jìn)行目視檢查，認(rèn)真清理層間焊道。焊接完成后，還應(yīng)對焊縫母材及熱影響區(qū)進(jìn)行滲透檢測，確認(rèn)無裂紋為合格。

（4）具體返修焊接工藝 第一，需要返修部位在整個(gè)管排的下部（焊口號1～24），具體如圖1所示。修磨時(shí)在U型彎管下部墊上支撐物并對進(jìn)出口直管上的夾具進(jìn)行檢查，確保在返修時(shí)爐管不會產(chǎn)生相對位移。管束間距約為80mm，需要將下部的固定支撐拆卸，用小方木將管束向左右各撐開50mm，這樣間距達(dá)到180mm，可以滿足砂輪修磨和焊接操作。由于焊接部位距上面固定部位約10m，一側(cè)撐開50mm，爐管變形率約0.5%，在彈性變形范圍內(nèi)，所以不會對管子本身造成影響。如果缺陷不在管束內(nèi)側(cè)，則不用將管束撐開。

第二，根據(jù)底片所示缺陷部位，準(zhǔn)確定位缺陷位置，用砂輪打磨，直至將缺陷清除干凈，然后做PT檢測，確認(rèn)無缺陷后進(jìn)行焊接修補(bǔ)。如果缺陷為裂紋，為防止裂紋擴(kuò)展，打磨時(shí)要從距離裂紋的兩側(cè)各20mm處開始向裂紋中間進(jìn)行，如圖2所示。

圖1

圖2

第三，充氬時(shí)采用整個(gè)管束整體充氬，膠管從輻射段出口伸到U型管根部，并對爐管入口用膠布封死。開始時(shí)氬氣流量12～20L/min，待氬氣從焊縫流出來以后，氬氣流量可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)小。

第四，在焊接時(shí)應(yīng)將爐管間撐開的木塊松開，對管排的位置復(fù)查后再進(jìn)行焊接。

3.檢測

返修完畢后進(jìn)行外觀檢測，合格標(biāo)準(zhǔn)為表面不得有裂紋、氣孔、咬邊和熔合性飛濺，余高應(yīng)≤2mm以及凹陷≤0.5mm。外觀檢測合格后焊縫表面做PT檢測，JB4730—2005 標(biāo)準(zhǔn)I級合格；最后進(jìn)行射線檢測，JB4730—2005標(biāo)準(zhǔn)II級合格。

4.結(jié)語

該項(xiàng)目8臺裂解爐總計(jì)136道焊縫返修，從2008年3月28日開始，2008年5月3日全部返修完，返修后的RT一次合格率為100%。2009年8月裂解爐一次投產(chǎn)成功到目前一切正常。

此次返修結(jié)果表明，只要選用正確的焊接材料，采用合理的返修工藝，嚴(yán)格控制返修過程，就能提高焊接返修率。我公司對裂解爐輻射爐管進(jìn)行如此大面積返修尚屬第一次，在高鉻鎳材料的焊接安裝中，此類問題還會再次出現(xiàn)，但在不斷的施工和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中，我們將會對高鉻鎳材料的焊接和返修有更深層的了解。