氣化爐殼體焊接接頭裂紋修補工藝

周武強 李滿才

中化二建集團有限公司 山西太原 030021

氣化爐殼體焊接接頭裂紋修補工藝

周武強 李滿才

中化二建集團有限公司 山西太原 030021

本文總結了作者參加一企業事故搶修，材質為BHW35的氣化爐殼體下錐體與筒體焊接接頭，運行中產生形成裂紋原因分析、修補。

氣化爐殼體焊接接頭 材質BHW35 裂紋 修補工藝

生產甲醇的工業化裝置中，氣化工序是核心裝置，其中關鍵設備氣化爐的主要技術參數見下表1。義馬氣化廠2＃氣化爐，2000年2月出廠，2001年投產運行至今停車后，外殼體件Z－58和件G－6組成焊縫產生見圖1所示。為了確保設備以后安全運行，必須對產生裂紋的焊縫進行返修。

1 現場勘查焊接接頭裂紋

停車對環焊縫進行了100%超聲波檢測，發現圓周方向從設備內壁至外壁有裂紋。見圖2所示。

2 產生裂紋缺陷原因分析

BHW35相當于國產低合金鋼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，是產生裂紋主要原因之一。

表1 氣化爐技術參數

從產品結構特點分析，這條環焊縫是組對焊接產生應力集中，制造過程焊后熱處理工藝不妥或沒有執行熱處理工藝，促使運行中延遲裂紋的產生和形成。

3 裂紋缺陷修補

3.1 檢修原則和檢修程序

3.1.1 檢修原則

根據設備技術特性和運行狀態，內套受夾套和爐膛壓差不大。由于外殼壁厚較大，單從外側返修焊縫不能保證焊縫系數為1，熱處理溫度無法保證。外殼焊縫返修采取內外挖補，內部影響返修作業面的內殼膨脹節需臨時去除，待外殼返修完成后，再組對焊接。

3.1.2 檢修程序

3.2 檢修受壓元件（見表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為德國梯森鋼廠的鋼號，是德國六十年代研制成功的可焊貝氏體型耐熱結構鋼；其在EN10028中的牌號為13MnNiMo54；我國將其移植到GB713，牌號為13MnNiCr-MoNbg。它是一種添加有鎳、鉻、鉬和微量鈮（鈮起細化晶粒并強化的作用）的細晶粒低合金鋼。該鋼有較好的綜合力學性能，有較高的高溫屈服點和對裂紋不敏感的特性，良好的焊接性能和工藝性能。適用于工作溫度不超過400℃的各種焊接件，如鍋筒、壓力容器等構件。BHW35和13MnNiCrMoNb鋼板化學成分見表3，機械性能見表4。

表3 BHW35和13MnNiCrMoNb鋼板化學成分

表4 BHW35和13MnNiCrMoNb鋼板機械性能

3.3.2 內殼20g鋼板

20g鋼板是鍋爐上最常用的碳鋼板。其化學成分和機械性能見表5，它有適當的強度和良好的塑性，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

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

3.3.2.2 內殼組焊選用的焊接材料

打底選用氬弧焊絲型號TIG－50 5kg

填充蓋面選用國產焊條，焊條型號E4315（GB/T5117）牌號 J427，30kg。

使用前，焊條經350℃烘烤1h，移至恒溫箱150℃保溫待用。

3.4 裂紋確定

用電動鋼絲刷打磨殼體下封頭和筒體環焊縫內表面及焊縫兩側各100mm范圍，露出金屬光澤。殼體內表面焊縫打磨區域，進行100%滲透檢測和100%超聲波檢驗，裂紋數量多，縱向和橫向分布不規則。根據表面狀態，確定了整條環焊縫全部返修。內側補焊后，沒有清除的裂紋，從外側返修。

表5 20g鋼板化學成分和機械性能

3.5 裂紋缺陷清除及焊接破口打磨

檢測到裂紋部位，參照超聲波檢測的裂紋深度和方向，采用碳弧氣刨挖除，判斷挖除后，用磨光機打磨去除滲碳層，破口內光滑，再進行滲透檢測。相鄰挖除段間隔長度小于100mm時，應兩段挖通。挖除段長度應大于100mm，每段兩端應有1/3坡度。挖除深度不應超過34mm，此時裂紋沒有消除，內側補焊完畢后，從外測再次挖除裂紋。裂紋缺陷清除應做好記錄，補焊前破口形狀如圖3所示。裂紋如延伸到母材，挖出裂紋參照以上要求。

3.6 外殼焊接修復工藝

(1)工藝要求

具有可覆蓋修復焊縫焊接的合格焊接工藝評定報告，并依此報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則》考試，具有SMAW-Ⅱ-2G－12－F3J合格項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1～3mm變化。碳棒伸長長度81～100mm。

氣刨或氣割后，電動磨光機打磨破口應平整，破口面不得有分層、裂紋、夾雜等。挖深34mm沒有清除裂紋，裂紋應至于破口底部第一層焊接。

破口表面及兩側各100mm范圍內的水、鐵銹、油污、積渣和其他有害雜質應清理干凈。

（4）預熱及層間溫度

內部補焊，在外壁貼電加熱器片預熱。

預熱范圍大于焊縫兩側各160mmm，預熱溫度180～200℃，焊件在整個焊接過程中層間溫度不應低于此溫度。

（5）后熱

殼體鋼材為低合金高強鋼，對裂紋敏感性較大，該環焊縫拘束度較大，每層焊后不連續進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行后熱處理，后熱溫度為300～350℃，保溫3～4h。測溫使用熱電偶鎧裝熱電偶。

3.7 焊接技術要求

（1）焊接前，應對施焊焊工進行技術交底。

（2）設備殼體上焊接臨時工卡具，必須在臨時構件上引弧；正式補焊、點焊引弧均應在破口內。嚴禁在母材上引弧。

（3）外殼體焊接臨時構件，應對殼體的焊接部位預熱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，需用電動磨光機修磨，使其均勻過渡到母材表面，修磨的深度應不大于2mm，否則，需要補焊。

（7）多層焊道間接頭應盡量錯開。

（8）每層焊接完成，使用風槍錘擊焊縫1～3次，消除應力。

（9）焊接環境：環境溫度大于10℃，風速小于2m/s，相對濕度小于90%。

3.8 無損檢測

滲透探傷：外殼體焊縫返修前，焊縫內外表面及焊縫兩側100mm范圍內，進行100%滲透探傷檢測；缺陷清除后補焊前，進行100%滲透探傷檢測；補焊完48h后，補焊焊縫表面進行100%滲透探傷檢測；臨時工卡具去除后焊縫痕跡100%滲透探傷檢測。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，滲透探傷檢測后，再進行100%超聲波檢測裂紋深度、長度；補焊完畢，射線檢測合格后，進行100%超聲波復查，Ⅰ級合格。內筒體組裝焊接完48h后，表面進行100%滲透探傷檢測，焊縫內表面進行100%超聲波檢測，除未焊透缺陷外，不得有其他任何缺陷。

射線檢驗：外殼體焊縫返修前，滲透探傷沒有檢測到裂紋部位，進行100%射線檢驗。修補焊縫完成24h后，進行100%射線檢測，Ⅱ合格。

3.9 焊后熱處理

外殼焊接修補完后，無損檢測完畢，進行焊后去氫消除應力熱處理；內殼焊接后，不進行熱處理。

3.9.1 焊后去氫消除應力熱處理參數

焊后熱處理厚度：δPWHT＝52mm；

焊后熱處理溫度：600～640℃

最短保溫時間：（2＋）＝2.02h

焊縫兩側加熱寬度≥110mm

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

焊件升溫400℃以后，升溫速度須控制在50～100℃。

升溫期間，加熱區內任意長度為5000mm內的溫差不得大于120℃；保溫期間，加熱區最高與最低溫度之差不得宜大于60℃。

焊件溫度高于400℃時，加熱去降溫速度宜為125～50℃。

3.9.2 加熱

采取電加熱技術，外部加熱內部修理時加熱器布置見圖4。內部加熱外部修理時，加熱器布置參考圖4。

3.9.3 測溫和記錄

采用鎧裝熱電偶，測溫點數4個，均勻分布在加熱另一個側面。

4 成果

外殼返修焊縫焊接后，焊縫無損檢測一次拍片合格。設備已投入運行。

5 改進措施

熱處理加熱建議改為內外側同時布置加熱器片，保證焊縫熱處理溫度均勻達到熱處理溫度。

1氣化爐竣工圖和竣工技術文件.

2現場檢驗焊接接頭報告.

3《焊接手冊》中國機械工程學會焊接學會編.1992年8月.

4李平謹.從現場工程焊接實例分析壓力容器制造焊接質量控制的若干問題合肥通用機械研究所.

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1672-9323（2011）01-0053-04

2010-04-20）