常減壓塔復合鋼板焊接裂紋的原因分析

石化工程質監總站齊魯石化分站（山東淄博 255400）汪培寶

常壓塔、減壓塔是齊魯分公司煉油廠新建常減壓裝置的關鍵設備，因其直徑大、超高、質量大，運輸困難，所以必須在現場組焊安裝。塔體的封頭和錐段采取在制造廠分片壓制的方法，筒體材料在現場進行坡口加工、輥圓而成。由于常減壓塔的主體材料均為不銹鋼復合鋼板，因此導致組焊工藝復雜、焊接工作量大、施工難度高。通過嚴格控制焊接工藝和操作紀律，采取有效措施消除焊接裂紋等缺陷，從而達到保證焊接質量和設備安裝質量的目的。

1.復合鋼板焊接裂紋的發現

齊魯分公司煉油廠新建常減壓裝置的常減壓塔封頭和筒體均采用不銹鋼復合板，封頭材質為16MnR（基層）+0Cr13Al（復合層），與封頭相連錐段材質為16MnR（基層）+00Cr17Ni14Mo2（復合層），減壓塔錐體與上封頭連接的環接縫材質為16MnR（基層）+0Cr13Al（復合層）。減壓塔封頭拼接完成后進行射線無損檢測（RT），底片中有一張返修片無返修標記，且焊縫母材部位有細小的網狀裂紋，該焊縫位于減壓塔封頭與筒體環焊縫封頭側，出現裂紋的部位處在補焊區域。

圖1

裂紋發生的部位面積約為100mm×450mm，疑似被修補過，如圖1和圖2所示。圖1中PT檢測合格面積600mm×450mm，疑似拼接復合板，焊縫裂紋在此范圍內。其中箭頭所指是在環焊縫上緣30mm位置，因擔心裂紋擴展，加焊一條止裂帶。圖2為圖1的局部放大，箭頭所指疑似拼接焊縫。

圖2

2.復合鋼板焊接裂紋的產生原因

（1）測試化學成分 用定量光譜分析儀測定減壓塔封頭補焊處成分平均值，通過把此項測定結果與相關焊接材料和母材的主要化學成分進行對照（見附表），表明補焊復層部位材質不是0Cr13Al，也不是現場焊接使用的焊材A102、A302，而是焊材ENiCrFe—3。

焊材、母材與定量分析化學成分（質量分數) (%）

（2）焊接工藝評定 根據現場出現的幾種情況進行焊接工藝評定，評定結果證明：用ENiCrFe—3補焊過的部位再用奧氏體焊材（A102、A302）焊接，確實在補焊位置出現了裂紋。

（3）檢查復合板供貨技術協議 發現有關覆層0Cr13Al拼縫要求采用NiCrFe—3焊材的要求。

（4）向復合板供應商核實 其對所供復合材料的拼接焊縫和補焊處理采用的均是ENiCrFe—3焊條；供應商試驗也證實，當用A102焊條在NiCrFe—3材質上焊接時會出現裂紋。

（5）向焊接研究機構咨詢 用ENiCrFe—3補焊過的部位再用奧氏體焊材焊接確實會出現裂紋。

（6）分析現場焊接作業 現場焊接作業前沒有按規程對需要返修的缺陷分析其產生的原因并提出改進措施，沒有進行必要的焊接工藝評定，也沒有編制焊接返修工藝。

3.復合鋼板焊接裂紋的處理措施

由于常壓塔封頭部分有23個丁字接頭、筒體部分有14個丁字接頭，減壓塔封頭部分有24個丁字接頭、筒體部分有31個丁字接頭，出現拼接時，供貨商對0Cr13Al使用的都是ENiCrFe—3焊條。為了保證設備在現場的施焊質量，要求對復合鋼板的拼接處采取以下措施：將所有丁字接頭使用A302、A102焊材進行焊接的部分鏟除，鏟除范圍以拼接縫為中心，兩側各60mm，深度超過復層厚度0.5～1mm，寬度超過原焊縫寬度；使用φ2.4mm的ENiCrFe—3焊絲焊接過渡層和復層，焊接后再做PT、MT和RT檢測。

接頭坡口形式選擇如圖3、圖4所示。

圖3 操作溫度超過240℃的錐段、封頭坡口形式

圖4 操作溫度低于240℃的錐段、封頭坡口形式

焊接工藝如下：①焊接前進行相應的焊接工藝評定工作，并撰寫焊接工藝評定報告；焊接前依據相應的焊接工藝評定編制相應焊接工藝指導書。②焊條的烘干和發放做記錄，焊條在焊條桶內存放的時間不得超過4h，否則應重新烘干，烘干次數不超過兩次。③施焊環境應滿足下列條件：焊件溫度低于0℃時，在始焊處100mm內預熱到15℃左右；焊條電弧焊焊接時風速≤8m/s，氣體保護焊時風速≤2m/s。④環境相對濕度≤90%；焊接場所保證有防風、防雨措施。⑤焊接宜先焊基層，后焊過渡層和復層，且焊接基層時不得將基層金屬沉積在復層上。當條件受到限制時，也可先焊復層，再焊過渡層和基層，在這種情況下，基層的焊接應選用與過渡層焊接相同的焊接材料。⑥過渡層焊接宜用小熱輸入多道焊接。⑦焊接復層前，必須將過渡層焊縫表面和坡口邊緣清理干凈。⑧縱縫焊接時，應將過渡層及復層焊縫兩端各留 30～50mm不焊，待環縫基層焊接后，再將縱縫兩端焊接成形。⑨不銹鋼復合鋼的切割及坡口加工宜采用機械方法，切割面應光滑。⑩坡口及其兩側各20mm范圍內應進行表面清理，復層距坡口100mm范圍內應涂防飛濺涂料。組對時應以復層為基準，對口錯邊量不大于復層厚度的 50% 且≤2mm。當復層不等厚時，按較小的復層厚度δ取錯邊量。復層側不得有咬邊缺陷。磨削清除缺陷時，刨槽底部應修磨成U形，槽長不得<50mm。修復后無損檢測結果：焊接后進行PT、MT和RT檢測，各修復部位沒有發現裂紋。

4.結語

焊接質量對石化設備的制造質量影響巨大。只有嚴格按照國家、行業標準規程進行焊接施工，才能有效消除焊接裂紋等缺陷，保證設備的安全使用和長周期運行。