延遲焦化裝置加熱爐鉻鉬合金鋼管道焊接技術(shù)分析

作者簡介：黃偉（1980-），男，助理工程師。研究方向為設(shè)備監(jiān)造。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.041

摘" 要：延遲焦化裝置可以將石油焦去除，同時符合節(jié)能環(huán)保的工作理念，因此當(dāng)前在石油化工行業(yè)廣泛利用延遲焦化裝置。因為延遲焦化裝置加熱爐處于高溫和高壓的環(huán)境中，再加上材料自身特征的影響，因此在鉻鉬合金鋼管道中經(jīng)常會出現(xiàn)裂紋等問題，影響到設(shè)備運行的穩(wěn)定性。因此，需要加強研究延遲焦化裝置加熱爐鉻鉬合金鋼管道焊接技術(shù)，針對當(dāng)前存在的問題提出針對性改進措施，對于實際工作起到參考作用。

關(guān)鍵詞：延遲焦化裝置；加熱爐；鉻鉬合金鋼管道；焊接技術(shù)；焊接程序

中圖分類號：V445" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）21-0173-04

Abstract： Delayed coking unit can remove petroleum coke and conforms to the working concept of energy saving and environmental protection， so delayed coking unit is widely used in petrochemical industry. Because the heating furnace of delayed coking unit is in the environment of high temperature and high pressure， coupled with the influence of material characteristics， cracks and other problems often occur in chromium-molybdenum alloy steel pipe， which affect the stability of equipment operation. Therefore， it is necessary to strengthen the research on the welding technology of chromium-molybdenum alloy steel pipe in the reheating furnace of delayed coking unit， and put forward corresponding improvement measures in view of the existing problems， which can be used as a reference for practical work.

Keywords： delayed coking unit; heating furnace; chromium-molybdenum alloy steel pipe; welding technology; welding procedure

鉻鉬合金鋼具有較高的強度和耐腐蝕性，因此主要作為高溫高壓容器的原材料。延遲焦化裝置的鉻鉬合金鋼管道需要滿足高溫高壓條件，同時要具備較長的使用壽命，因此需要保障鉻鉬合金鋼管道焊接質(zhì)量。本文針對延遲焦化裝置加熱爐鉻鉬合金鋼管道的焊接技術(shù)提出針對性的優(yōu)化措施，提高延遲焦化裝置應(yīng)用的科學(xué)性。

1" 鉻鉬合金鋼管道的材料特點

①高耐腐蝕性：通過添加鉻和鉬，可以使鋼材料的耐腐蝕性得以提升，在腐蝕性環(huán)境中，可以增強鉻鉬合金鋼管道的耐受力。②耐高溫性：通過引入鉬，可以使鋼材料的抗高溫性能得以提高，因此可以在高溫環(huán)境中利用鉻鉬合金鋼管道[1]。③良好的機械特性：鉻鉬合金鋼的強度和韌性比較顯著，同時還具有顯著的抗拉強度和抗壓強度等。④宏觀狀態(tài)：鉻鉬合金具有固溶體和二次相，在一定程度上影響到焊接和加工質(zhì)量。

在石油化工行業(yè)發(fā)展過程中廣泛利用鉻鉬合金鋼管道，鉻鉬合金鋼中添加了鉻和鉬元素，具有較高的強度，逐漸提高溫度之后，將會改變碳素結(jié)構(gòu)鋼的強度，提高溫度之后將會降低碳素結(jié)構(gòu)鋼的強度，為了保障鋼的強度，在鋼中可以加入V（釩）、Cr（鉻）等，這就是石化行業(yè)中常用的鉻鉬合金鋼。但是鉻鉬合金鋼自身材質(zhì)特點，因此在使用過程中很容易產(chǎn)生裂紋問題，因此提高了整體焊接難度，增加了行業(yè)發(fā)展過程中的安全問題，因此需要加強研究鉻鉬合金鋼管道焊接技術(shù)，掌握相關(guān)技術(shù)要點，提高整體焊接質(zhì)量。

2" 延遲焦化裝置加熱爐鉻鉬合金鋼管道焊接工藝

2.1" 延遲焦化裝置加熱爐焊接方法的選擇

鉻鉬合金鋼具有耐腐蝕性和抗氧化性，當(dāng)前在石油化工行業(yè)中廣泛利用。但是鉻鉬合金鋼缺乏焊接性能，在實際應(yīng)用過程中很容易出現(xiàn)裂紋，因此需要合理選擇焊接技術(shù)。當(dāng)前比較常用的焊接方法包括氬弧焊，氬弧焊可以保障焊接電弧的穩(wěn)定性，同時可以提高焊縫的致密性，最終成形比較美觀[2]。但是工作效率相對較低，需要投入較高工作資金，通常是在焊接薄件時利用氬弧焊。電弧焊屬于一種傳統(tǒng)技術(shù)，有利于提高焊接速度，同時可以保證焊縫的強度，但是在焊接過程中會產(chǎn)生熱應(yīng)力，同時嚴(yán)格要求焊工的技術(shù)水平。氬電聯(lián)焊綜合上述2種焊接技術(shù)的優(yōu)勢，在打底焊接過程中利用氬弧焊，有利于提高焊縫的質(zhì)量，同時在填充焊和蓋面焊中利用電弧焊，有利于提高整體工作效率。

2.2" 延遲焦化裝置加熱爐焊接工藝的制定

因為延遲焦化過程的溫度比較高，因此選擇的焊接材料要具備耐高溫性。為了在焊接之后金屬具備韌性和抗腐蝕性，因此，需要合理選擇焊接技術(shù)。通過綜合分析最終確定焊接方式為氬電聯(lián)焊。在實際工作中需要綜合考慮焊接參數(shù)，提高整體焊接水平。例如需要合理控制焊接電流和焊接速度等，優(yōu)化焊接效果[3]。此外，需要合理選擇焊條和焊絲的品牌和供應(yīng)商等，選用的焊條和焊絲要具備質(zhì)量保證書，不能存在破損和潮濕等問題。保障焊條外觀的完好性，不能存在任何損壞問題。此外需要合理控制焊條烘干溫度，避免因為高溫而產(chǎn)生變形問題。最后在焊接過程中需要清潔處理焊接區(qū)域，避免因為雜質(zhì)影響到焊接質(zhì)量。

2.3" 延遲焦化裝置加熱爐焊接工藝流程

2.3.1" 預(yù)熱階段

通過預(yù)熱處理延遲焦化裝置的管道焊縫部位，以便可以順利開展后續(xù)焊接工作。同時需要處理母材的表面，可以利用砂輪打磨處理母材的表面，或者落實噴砂除銹工作，因此提高母材的質(zhì)量。

2.3.2" 焊縫準(zhǔn)備階段

清理和修整焊接部位，保障焊縫部位的精準(zhǔn)性。注意綜合考慮焊縫部位和數(shù)量等因素，提高焊接方案的科學(xué)性。

2.3.3" 焊接階段

在焊接過程中，保證在熔池中均勻性地分布焊絲，避免出現(xiàn)局部缺少焊絲或者焊絲過量等問題。

2.3.4" 冷卻階段

經(jīng)過消氫處理之后，逐漸降低延遲焦化裝置焊接部位的溫度，避免產(chǎn)生裂紋問題。在焊接過程中，需要多次驗證焊接質(zhì)量，保證相關(guān)參數(shù)組合的合理性。

3" 延遲焦化裝置加熱爐鉻鉬合金鋼管道焊接程序和方法

3.1" 各項準(zhǔn)備工作

3.1.1" 技術(shù)準(zhǔn)備

在焊接之前，工作人員需要根據(jù)鉻鉬合金鋼管道的型號和設(shè)計圖紙等制定專項焊接方案和熱處理方案，合理選擇焊接工藝，同時制定工作指導(dǎo)書和規(guī)范作業(yè)流程。所有的焊工都要具備資格證書，同時需要通過崗前考試，合格之后才可以上崗工作[4]。在焊接之前，技術(shù)人員需要根據(jù)工作方案組織工作人員參與工作交底，使其掌握具體的工作要求。

3.1.2" 材料準(zhǔn)備

材料入場之后，工作人員需要根據(jù)相關(guān)文件和規(guī)范要求檢查原材料的外觀，保證原材料不存在任何裂紋和凹槽以及腐蝕等問題，如果管材和管件存在缺陷，需要根據(jù)規(guī)范確定材料是否符合設(shè)計要求，如果不滿足設(shè)計要求需要立即更換。

根據(jù)質(zhì)量證明文件逐個核對到貨的實物，如果產(chǎn)品缺乏證明文件，不能進行驗收。同時需要根據(jù)規(guī)范文件開展光譜復(fù)驗，同時需要提出光譜分析報告。材料通過制造許可證和質(zhì)量證明文件之后，才可以正式使用。在使用管材時需要做好色標(biāo)和標(biāo)識工作。

3.1.3" 焊前坡口檢查

鉻鉬合金鋼管道具有很強的淬硬性，同時很容易產(chǎn)生裂紋問題，因此不能利用熱切割方式，如果選用了熱切割，需要打磨處理熱影響區(qū)域的滲碳層，同時要通過MT和PT檢測坡口[5]。工作人員適合利用冷加工方式，例如可以選用車床和氣動坡口機等。同時需要嚴(yán)格控制鉻鉬合金鋼管道坡口角度在35～40°。

3.2" 焊接施工作業(yè)

3.2.1" 下料和坡口加工

在下料過程中，需要對鉻鉬合金管道各種成分標(biāo)識進行分析和確認(rèn)，并且通過涂抹油漆進一步確認(rèn)。可以利用機械加工和火焰加工處理碳鋼，并且利用機械加工方式來處理鉻鉬合金鋼。如果利用火焰加工方式，需要提前采取打磨處理措施，及時將熔渣和氧化層去除干凈，保障表面的光滑性，露出金屬光澤即可停止打磨工作。在對鉻鉬合金鋼處理時，工作人員需要全面檢查鉻鉬合金鋼的表面?？梢岳脵C械技術(shù)對鉻鉬合金鋼爐管坡口進行加工處理。

3.2.2" 焊接剖口的形式

結(jié)合相關(guān)規(guī)范，為了提高焊接質(zhì)量，需要控制爐管和管道厚度在25 mm以內(nèi)。需要根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計連接部位的坡口形式。

3.2.3" 焊縫組裝

工作人員需要提前檢查坡口和周圍母材，避免存在裂縫和損壞等問題，同時保證坡口尺寸符合圖紙內(nèi)容。及時將坡口表面的雜質(zhì)清理干凈，隨后再利用砂輪打磨處理坡口部位，露出金屬光澤即可停止打磨[6]。組裝爐管之前，應(yīng)確保爐管的直線度誤差控制在1/1 000以內(nèi)。對于爐管的整體長度來講，如果控制在6 m以內(nèi)，著泥土彎曲度要小于4 mm，如果長度大于6 m，需要控制整體彎曲度在8 mm范圍內(nèi)。組裝爐管之后需要根據(jù)以下要求完成焊接工作。

①根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇定位焊的焊接技術(shù)，嚴(yán)格控制焊縫長度在1～2 mm，同時控制焊縫的高度在2～4 mm。②不能利用強制焊接技術(shù)。③在管道四周均勻性地分布定位焊縫。④在焊接過程中，要在2個定位焊縫之間設(shè)置起焊點，要保證完全焊透，不能出現(xiàn)焊瘤等問題。如果發(fā)現(xiàn)了裂縫問題，需要立即落實修復(fù)措施。⑤為了提高焊縫質(zhì)量，需要保證焊縫兩端坡度的平坦度，避免集中應(yīng)力。

在實施定位焊之前，工作人員需要根據(jù)相關(guān)要求進行點焊，控制點焊數(shù)量在3點以上，并且保證點距離在20 mm以上，避免在焊縫部位產(chǎn)生裂紋問題，完成定位焊工作之后，需要檢查點焊焊縫部位，檢查沒有發(fā)現(xiàn)任何問題之后，需要立即開展修補工作，保障接頭質(zhì)量。在焊接過程中需要在焊道中引入弧形，避免在焊件的表面放置弧形。為了提高焊縫質(zhì)量，選擇利用氬弧焊，針對焊口部位，可以利用水溶性材料進行加固處理。

3.2.4" 焊前預(yù)熱

在焊接之前采取預(yù)熱措施可以快速冷卻焊接接頭，避免因為溫差集中應(yīng)力，否則集中應(yīng)力之后將會產(chǎn)生淬硬組織和裂紋等[7]。工作人員需要根據(jù)具體的要求進行預(yù)熱，通常是利用火焰預(yù)熱方式，在點焊之后需要落實加熱緩冷，避免出現(xiàn)裂紋，針對鉻鉬合金鋼管道焊接過程中通常是利用搭橋點焊方式，在焊接之前需要打磨處理點焊的接頭，隨后才可以正式進行焊接工作。

在角焊縫之前，需要采取預(yù)熱處理措施，通過充分加熱坡口的兩側(cè)，根據(jù)材料壁厚的5倍控制加熱范圍，不能超過100 mm，避免在局部出現(xiàn)過熱的情況。在加熱區(qū)域之外預(yù)留100 mm部位，采取保溫處理措施。

3.2.5" 焊接

焊接技術(shù)不斷發(fā)展，在很多工作中主要是利用自動焊接工藝和半自動焊接工藝，近些年也開始推廣利用埋弧自動焊和混合氣體熔化極氣體保護焊等方式，有利于提高整體工作效率和焊接質(zhì)量[8]。但是在利用自動焊設(shè)備的過程中，需要投入較多的資金，適合在大型項目中利用，在小型項目和現(xiàn)場阻焊過程中適合利用手工焊。

為了高質(zhì)量地完成焊接工作，需要建立專業(yè)焊接工作棚，并且要封閉處理爐管的兩端，減少外界因素影響到焊接質(zhì)量。為了避免在焊接過程中發(fā)生安全問題，在焊接過程中不能開展引弧和引流行為，保證所用材料的抗拉強度超過540 MPa，避免在焊件表面出現(xiàn)擦傷等問題。焊接鉻鉬合金鋼管道時，如果管道的管徑加大，在預(yù)熱過程中需要利用電加熱片，通過雙人對稱焊接，注意控制層間的溫度，在測溫過程中利用熱電偶，在焊工工件的表面和坡口邊緣部位設(shè)置測溫點，在控制溫度時，主要是測量相鄰母材金屬位置，控制預(yù)熱溫度在250 ℃左右。

在預(yù)熱過程中達(dá)到規(guī)定溫度之后，需要立即開展焊接工作，注意一次性地將所有的焊縫工作完成。如果焊縫出現(xiàn)問題，需要立即停止工作，對焊縫進行加熱，避免在焊縫部位產(chǎn)生裂紋問題。針對多層焊，需要合理調(diào)整層間溫度，使其超過預(yù)熱溫度，并且需要分隔不同層間的接頭[9]。處理各個焊縫之后需要落實檢測工作，在檢測過程中可以利用PMI光譜，可以檢測化學(xué)元素，保證其含量符合工作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3.3" 焊接熱處理施工

預(yù)熱溫度符合標(biāo)準(zhǔn)之后，工作人員可以利用測溫器檢測，確定符合標(biāo)準(zhǔn)之后可以開展焊接工作。針對鉻鉬合金鋼管道，可以利用手工鎢極氬弧打底，因為打底焊縫的焊層比較薄，在焊接冷卻之后將會產(chǎn)生收縮應(yīng)力，同時很容易產(chǎn)生裂紋問題。為了保證焊縫質(zhì)量，需要一次性完成所有的焊接工作，并且控制焊縫厚度在2～3 mm。在打底焊接過程中，工作人員需要在背面充氬開展保護工作，避免根部焊縫出現(xiàn)氧化和沒有焊透等問題。因為打底焊縫的焊層比較薄，在完成氬弧打底之后，要利用氬弧焊進行熱填充，隨后可以將充氬設(shè)施移除，避免因為電流過大引發(fā)焊縫問題。針對鉻鉬合金鋼管道，需要一次性地完成打底和填充以及蓋面，如果因為意外情況突然中斷焊接工作，需要采取緩冷處理，再次焊接之前需要全面檢查外觀，工作人員可以利用MT磁粉檢測，確定沒有任何問題之后可以繼續(xù)開展焊接工作。在焊接熔池的邊緣部位可以進行收弧工作，注意填滿弧坑，避免產(chǎn)生裂紋問題。在多層焊接過程中，焊工需要均勻性地錯開每層的接頭[10]，避免集中應(yīng)力。在焊接鉻鉬合金鋼管道時需要采取預(yù)熱措施，并且將管口兩側(cè)封堵好，否則將會增加焊口內(nèi)外溫差，避免影響到焊縫的質(zhì)量。

工作人員需要嚴(yán)格控制焊接過程中的層間溫度在200～300 ℃內(nèi)，如果溫度過高將會增大焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的晶粒，焊接接頭的力學(xué)性能也會受到影響。在焊接操作過程中，主要是通過小擺動和多道焊等技術(shù)，注意利用手工電弧焊方式，控制單道厚度在焊條直徑以內(nèi)，同時要控制擺動寬度在焊條直徑的3倍以內(nèi)。注意評定焊接工藝采納數(shù)，使其滿足相關(guān)要求。

在焊接熱處理階段，需要拋光和磨皮處理管道表面，及時將表面的雜質(zhì)去除，同時需要酸洗和堿洗鉻鉬合金鋼管道，提高后續(xù)焊接工作的便利性。針對管道接頭部位，在焊接之后需要立即采取熱處理措施，提高整體焊接質(zhì)量。也可以在焊接工作之后均勻性地加熱處理，溫度達(dá)到350 ℃左右之后再進行冷卻。

在焊接過程中需要根據(jù)焊縫寬度的3倍控制熱處理范圍，熱處理范圍要超過25 mm，在這一范圍之外的100 mm部位需要采取保溫處理措施，并且要密封處理管道兩端。為了提高熱處理質(zhì)量，需要根據(jù)以下條件控制加熱和冷卻的速率：①如果溫度達(dá)到300 ℃，應(yīng)控制加熱速率，使其在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，同時需要控制冷卻速度在220 ℃/h范圍內(nèi)。②在恒溫環(huán)境中檢測溫度，保證檢測值和熱處理溫度的差距在50 ℃范圍內(nèi)。③在恒溫環(huán)境中，如果溫度達(dá)到300 ℃，將會進入到自然冷卻階段。

3.4" 焊后無損檢測

完成熱處理工作之后需要全面清理焊道表面的焊渣等雜質(zhì)之后，可以落實檢測工作，首先根據(jù)相關(guān)規(guī)范圓滑過渡焊縫和母材，避免存在裂紋惡化氣孔等問題。焊縫表面不能存在凹陷問題，如果焊接接頭厚度在6 mm范圍內(nèi)，需要控制焊縫余高在1.5 mm，如果厚度超過了6 mm，需要控制焊縫余高在2.5 mm以上。

在完成焊接工作之后，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范檢測焊縫和熱影響區(qū)域的硬度，嚴(yán)格控制焊縫硬度在241 HB以內(nèi)，并且保證熱影響區(qū)測定區(qū)域和熔合線緊密貼合。同時需要根據(jù)設(shè)計要求和規(guī)范落實MT磁粉檢測和超聲檢測等。

3.5" 焊縫返修

在無損檢測過程中，如果發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)范的情況，需要立即返修處理，如果焊道的硬度不符合標(biāo)準(zhǔn)，需要重新開展熱處理工作，使其滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。注意不能頻繁返修鉻鉬合金鋼管道，通常需要控制在2次以內(nèi)。

4" 結(jié)束語

本文主要分析了延遲焦化裝置加熱爐鉻鉬合金鋼管道焊接技術(shù)，為了優(yōu)化焊接效果，需要根據(jù)規(guī)定開展熱處理和冷卻工作，同時需要前期準(zhǔn)備工作和預(yù)處理工作，避免管道出現(xiàn)裂紋問題。在焊接過程中，工作人員需要綜合利用各種焊接方法，并且對各項焊接參數(shù)進行優(yōu)化，高效地完成焊接工作，合理節(jié)省工作資金投入量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 嚴(yán)振興，劉轉(zhuǎn)楠.12Cr1MoVG合金鋼管道焊接工藝及質(zhì)量控制[J].焊接技術(shù)，2023，52（10）：118-122.

[2] 趙攀峰，高曉瑜.航空發(fā)動機高碳高鉻鉬合金鋼加工工藝研究[J].航空精密制造技術(shù)，2023，59（3）：62-64，67.

[3] 生金峰，吳學(xué)綱，王兆堃，等.一種同時測定鉻鉬合金鋼中10種元素的ICP-AES新方法[J].石油化工設(shè)備，2022，51（1）：25-28.

[4] 朱瑋，曹嶠，王強，等.提升鉻鉬低合金鋼鑄件低溫沖擊韌性的方法[J].今日制造與升級，2021（12）：98-99.

[5] 李伯承.鉻鉬合金鋼管道焊接施工技術(shù)要點分析[J].化工管理，2021（29）：186-187.

[6] 孫文強，馮萬年，王棟.PKOP煉廠現(xiàn)代化改造項目合金鋼管道焊接管理[J].焊接技術(shù)，2019，48（S2）：101-105.

[7] 史瑞圣.鉻鉬合金鋼工藝管道安裝技術(shù)初探[J].化工管理，2019（20）：174.

[8] 龐冠，王明松.鉻鉬合金鋼管道焊縫硬度合格范圍的探討[J].化工設(shè)計，2019，29（1）：15-18，1.

[9] 鉻鉬臨氫鋼用可全位置操作的低合金鋼手工電焊條[J].中國鉬業(yè)，2017，41（4）：16.

[10] 周岐，孟兆權(quán)，辛立軍，等.A335Gr.P22超高壓蒸汽厚壁管道的焊接工藝與生產(chǎn)實踐[J].焊接技術(shù)，2015，44（12）：72-75.