干燥器進(jìn)料分離罐焊后裂紋的分析及整改措施

宋建平

1. 概述

我公司承攬了大批天津大乙烯項(xiàng)目的設(shè)備，在制造過程中遇到不少困難，干燥器進(jìn)料分離罐的焊接就是其中之一。該設(shè)備簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖1所示，它屬于二類壓力容器，詳細(xì)技術(shù)特性如表1所示。主要規(guī)格是：設(shè)備內(nèi)徑為4 200mm，筒體和封頭厚度分別為72mm、78mm，主要開孔為兩個(gè)φ 750mm的管口（6、7），兩個(gè)φ600mm的人孔（1A/B），主要是材質(zhì)為16Mn R和16Mn I I I。該設(shè)備直徑大，筒體壁比較厚，制造難度非常大。當(dāng)在筒體上施焊管口7時(shí)，在筒體和接管（接管外徑950mm，壁厚108mm，材質(zhì)16Mn III）上分別出現(xiàn)了不同程度的裂紋。下面對(duì)裂紋出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，并敘述了我公司的整改措施。

圖1 簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)

圖2 接管與筒體焊接坡口

2. 原因分析

該設(shè)備焊接產(chǎn)生裂紋，最根本原因有兩個(gè)：材料和應(yīng)力。我們根據(jù)這兩點(diǎn)來對(duì)各種相關(guān)的原因進(jìn)行分析和排除，最終總結(jié)了產(chǎn)生裂紋的主要原因。

（1）材料分析 在焊接出現(xiàn)裂紋后，對(duì)于設(shè)備筒體、管口11接管鍛件、焊接材料分別進(jìn)行了光譜檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為：筒體和焊接材料合格，接管鍛件的磷含量超標(biāo)。經(jīng)過有關(guān)部門分析后，推斷該鍛件磷含量超標(biāo)不是出現(xiàn)裂紋的主要原因，而且管口6（與管口7規(guī)格一致）與筒體焊接后并未出現(xiàn)裂紋，所以排除了材料原因。

（2）焊接分析 由于設(shè)備筒體的厚度為72mm，焊前必須預(yù)熱至150～230℃，接管與筒體焊接坡口為K形，如圖2所示，焊接參數(shù)如表2所示。由圖2可看出筒體比較厚，采用K形坡口是完全正確的，這樣避免了一側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題；從焊接速度來看，也比較合適，有效控制了熱輸入，同樣也不會(huì)出現(xiàn)過多的應(yīng)力集中。只要嚴(yán)格按照焊接工藝來執(zhí)行，則不會(huì)出現(xiàn)裂紋，所以排除了焊接方法不當(dāng)?shù)脑颉?/p>

表1 設(shè)備主要技術(shù)特性

（3）環(huán)境分析 施工期間在冬季，室外溫度達(dá)到零下10℃以下，由于設(shè)備直徑較大及車間當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)任務(wù)量大和場(chǎng)地限制等多重原因，該設(shè)備管口7的接管與筒體的焊接是在車間外進(jìn)行的，最終出現(xiàn)了裂紋；而管口6與筒體焊接在車間內(nèi)進(jìn)行，則并未有裂紋產(chǎn)生，所以溫度很可能是產(chǎn)生裂紋的重要原因。另外，加熱工裝僅僅針對(duì)焊接坡口位置進(jìn)行加熱，由于筒體比較厚，導(dǎo)熱性較好，移除加熱工裝后，坡口位置的溫度下降非常快，很難保證能達(dá)到150℃以上。更重要的是環(huán)境溫度較低，在焊接時(shí)溫度下降過快，因此產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，當(dāng)殘余應(yīng)力超過鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生開裂。最終得出結(jié)論，溫度是該設(shè)備焊接出現(xiàn)裂紋的主要原因。

3. 整改措施

整改措施主要是溫度控制、筒體裂紋修補(bǔ)、更換接管鍛件、重新施焊管口11與筒體焊縫。

第一，對(duì)該產(chǎn)品的施工環(huán)境進(jìn)行改善，在室外搭建了保溫棚，使施工時(shí)的溫度適宜。

第二，對(duì)筒體上有裂紋處大面積預(yù)熱到150～230℃，使用碳弧氣刨將裂紋清除，并進(jìn)行著色檢測(cè)，刨至沒有裂紋，并打磨清理干凈，清除氧化層。對(duì)筒體進(jìn)行補(bǔ)焊施工，焊接設(shè)備為晶閘管整流焊機(jī)（ZX—400B），焊條牌號(hào)J507，采用焊條電弧焊方法。嚴(yán)格按照焊接工藝要求對(duì)裂紋處進(jìn)行補(bǔ)焊，焊接參數(shù)如表3所示。同樣補(bǔ)焊前要進(jìn)行150～230℃預(yù)熱，并且要使預(yù)熱面積增大。焊接時(shí)在另一側(cè)要不斷加熱保證溫度，使用測(cè)溫槍進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)。同時(shí)焊接時(shí)注意焊接速度和頻率，要控制好焊接的熱輸入量，避免出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，以保證焊接質(zhì)量。焊后將焊縫打磨至與母材平齊。

第三，對(duì)管口11開裂的鍛件進(jìn)行更換，重新焊接接管與筒體焊縫，改進(jìn)焊接筒體與接管的加熱工裝，要求按照管口的管徑來制作，調(diào)整火焰噴口與工件到合適的距離，并且增加加熱工裝的火焰噴口數(shù)量，能夠使鍛件和筒體同時(shí)加熱，采用與補(bǔ)焊裂紋時(shí)相同的方法，重點(diǎn)要保證預(yù)熱溫度，焊接時(shí)嚴(yán)格按照原焊接參數(shù)執(zhí)行，焊后對(duì)施焊處用石棉布進(jìn)行保溫。最終得到了合格的產(chǎn)品。

表2 接管與筒體的焊接參數(shù)

表3 筒體補(bǔ)焊參數(shù)

4. 結(jié)語

事實(shí)證明，此次事故的分析和整改是正確有效的。通過總結(jié)關(guān)于此類事故的預(yù)防和整改措施，不僅對(duì)于今后的工作具有指導(dǎo)意義，而且提醒我們?cè)诠ぷ髦幸獓?yán)格按照工藝執(zhí)行，多分析，增加預(yù)見性，對(duì)預(yù)防事故有很大的意義。