HPMOD Nb爐管在特殊工況下的焊接工藝

黃禮瓊，孟晉安，李　劍

HPMOD Nb爐管在特殊工況下的焊接工藝

黃禮瓊1，孟晉安2，李劍2

（1.蘭州石化維達(dá)公司，甘肅蘭州730060；2.蘭州石化公司，甘肅蘭州730060）

在對HPMOD+Nb（Z40Cr25Ni35Nb）爐管進(jìn)行緊急停車檢修過程中，由于工藝條件的限制，現(xiàn)場焊接工況較差，爐管內(nèi)部有正壓空氣流，焊接過程中無法進(jìn)行背部充氬保護(hù)。應(yīng)用TYPE I型免充氬保護(hù)劑焊接技術(shù)進(jìn)行施焊，焊后進(jìn)行100％PT檢測，焊接效果良好。組對間隙為4 mm時(shí)能有效防止焊縫根部未熔合；爐管內(nèi)部鰭片采用專用坡口機(jī)可提高施工效果和保護(hù)焊縫質(zhì)量。

HPMOD+Nb；Z40Cr25Ni35Nb；爐管焊接；免充氬保護(hù)劑

1　概述

乙烯裂解爐是乙烯生產(chǎn)裝置的核心設(shè)備，主要作用是把天然氣、煉廠氣、原油及石腦油等各類原材料加工成裂解氣，并提供給其他乙烯裝置，最終加工成乙烯、丙烯及各種副產(chǎn)品。裂解爐爐管工作溫度約1 000℃，爐管材質(zhì)大多選用耐高溫的鐵基、低碳鎳鉻合金。

某石化廠裂解爐爐管使用的是HPMOD+Nb（Z40Cr25Ni35Nb）材質(zhì)，規(guī)格φ56.6×6，內(nèi)部為鰭片狀，2013年12月因爐管內(nèi)物料結(jié)焦堵塞爐管，導(dǎo)致一套裂解爐緊急停車，需要緊急搶修。需切開結(jié)焦?fàn)t管2根，清理結(jié)焦物料并疏通爐管，然后通過焊接恢復(fù)切口。

2　HPMOD+Nb（Z40Cr25Ni35Nb）爐管主要成分

爐管HPMOD+Nb（Z40Cr25Ni35Nb）化學(xué)成分如表1所示。

表1　爐管HPMOD+Nb（Z40Cr25Ni35Nb）化學(xué)成分％

3　TYPE I型“太陽”牌焊接保護(hù)劑

TYPE I型焊接保護(hù)劑為白色粉末狀（見圖1），適用于含Ni量超過25％的各種鋼的焊接，如蒙耐爾、因科耐爾、因科勞依及相似級別的鋼種。該焊接保護(hù)劑由美國金帝國公司生產(chǎn)，多用于特殊工況和高難度焊接，目前國內(nèi)已有銷售。

圖1　TYPE I型保護(hù)劑

4　焊接工藝

傳統(tǒng)的爐管檢修方法是手工氬弧焊打底，背部充氬保護(hù)。但在這次緊急搶修過程中，由于現(xiàn)場工藝條件不具備，結(jié)焦?fàn)t管在清理完畢準(zhǔn)備焊接過程中發(fā)現(xiàn)，整個(gè)爐管內(nèi)部一直有正壓氣流從組對坡口處噴出，氣流速度較慢，但是嚴(yán)重影響充氬保護(hù)，導(dǎo)致無法進(jìn)行背部充氬保護(hù)，因此使用免充氬保護(hù)劑焊接技術(shù)。現(xiàn)場情況如圖2所示。

圖2　現(xiàn)場實(shí)況

4.1焊材選用

根據(jù)HPMOD+Nb（Z40Cr25Ni35Nb）材質(zhì)，選用焊材為英國曼徹斯特公司生產(chǎn)的ErNiCrMo-1，焊絲直徑φ2.4 mm，主要成分如表2所示。

表2　焊材(ERNiCrCoMo-1)的化學(xué)成分

4.2焊接方法

乙烯裂解爐管對焊道背部要求嚴(yán)格，要求焊縫背部齊平，以利于爐管內(nèi)部原料氣快速流動(dòng)，因此選用手工氬弧焊進(jìn)行焊接。

4.3焊縫坡口加工

該爐管規(guī)格φ56.6 mm×6 mm，外坡口加工為單邊35°±2°，管口組對間隙稍大，為4 mm，以保證全焊透，防止產(chǎn)生根部未熔合。坡口及組對如圖3、圖4所示。由于這種爐管結(jié)構(gòu)較為特殊，內(nèi)部帶有鰭片，因此需使用特殊內(nèi)坡口機(jī)械去掉20 mm范圍內(nèi)的鰭片。

圖3　坡口加工示意

圖4　加工好的爐管坡口

4.4焊縫組對要求

（1）焊縫組對檢查和過程檢查。

嚴(yán)格按圖紙加工坡口，坡口加工完后用角度尺嚴(yán)格檢查，并在焊接坡口兩側(cè)20 mm內(nèi)打磨掉外表氧化皮、油污等雜質(zhì)，直至露出金屬光澤，坡口間隙要求控制在2～4 mm之內(nèi)，間隙過小容易導(dǎo)致根部未熔合產(chǎn)生，間隙過大會增加施焊難度。根部定位焊是焊縫的一部分，工藝要求與正式焊接時(shí)相同。仔細(xì)檢查定位焊，發(fā)現(xiàn)氣孔等缺陷要及時(shí)用角磨機(jī)清除干凈，重新施焊。

（2）定位點(diǎn)焊具體要求。

定位焊要求工藝參數(shù)與正式焊接時(shí)一致。采用三點(diǎn)式定位焊接，每道焊口點(diǎn)焊3處，3處點(diǎn)焊位置夾角為120°，每處點(diǎn)焊長度約為10 mm，點(diǎn)焊長度過小會導(dǎo)致焊接過程中焊口間隙變化，從而影響焊接質(zhì)量。

4.5焊接保護(hù)劑的施加方法

“太陽”牌TYPE I型免充氬焊接保護(hù)劑粉末和專用粘合劑按照（5～10）∶1比例（體積比）進(jìn)行混合，再加入丙酮（或乙酸乙酯）將混合物稀釋成為糊狀，將混合物涂于焊口背面，涂刷時(shí)使用干燥清潔的毛刷，涂抹寬度約3 mm，厚度約1 mm，涂好后停留3～5 min方可進(jìn)行焊接。

需要注意的是，涂好一段時(shí)間后，在涂層的表面會形成連續(xù)的粘合劑膜，在膜的下面包敷著粉末，所以不能對涂層進(jìn)行劃擦，以防止粘合劑膜破損使粉末外泄，從而失去保護(hù)效果。粉末在粘合劑膜的包敷下可以承受很大的沖擊力而不脫落。調(diào)好后的保護(hù)劑放置一段時(shí)間后由于丙酮（或乙酸乙酯）的揮發(fā)會變得粘稠，可以再次加入丙酮（或乙酸乙酯）調(diào)為奶油狀后繼續(xù)使用。

4.6焊接

焊接工藝參數(shù)如表3所示。多層多道焊的過程中，層間溫度要始終控制在100℃之內(nèi)，嚴(yán)格禁止焊工為追求焊接速度而減小每道焊縫的停留時(shí)間，同時(shí)也不得使用澆水或其他方式強(qiáng)制冷卻，防止產(chǎn)生冷裂紋。

表3　焊接工藝參數(shù)

收弧時(shí)應(yīng)適當(dāng)減緩焊接速度，盡量填滿熔池，避免在尾部焊縫產(chǎn)生弧坑和焊接裂紋。熄弧時(shí)，焊槍在原處停留3～5 s，焊接電流自動(dòng)衰減，延時(shí)停氣5～10 s，待鎢極和熔池金屬冷卻后再移開焊槍，避免熔池金屬在高溫被氧化，產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷。為保證打底焊縫質(zhì)量，應(yīng)盡量避免在焊接過程中停弧，減少冷接頭次數(shù)。

4.7過程輔助檢驗(yàn)

（1）外觀檢查。

每層焊縫焊接完畢后，待焊縫冷卻至室溫，用強(qiáng)光手電和2～10倍放大鏡檢查焊縫表面，如有氣孔等表面缺陷，可用砂輪機(jī)打磨清除。

（2）無損檢測（滲透檢測）。

焊縫層間檢測使用美柯達(dá)DPT-5系列滲透檢測劑（見圖5），對每層焊縫焊接完成后進(jìn)行100％PT檢測，以發(fā)現(xiàn)表面肉眼和放大鏡無法發(fā)現(xiàn)的細(xì)小缺陷，通過PT檢測，基本可以消除每層焊縫中的弧坑、裂紋、表面氣孔等缺陷。在PT檢測過程中，由于檢測時(shí)機(jī)是在多層焊的間隔，焊縫表面溫度50℃～60℃，因此滲透劑滲透時(shí)間可以適當(dāng)縮短為5 min。去除滲透劑時(shí)，先用干凈抹布擦除表面多余滲透劑，擦除方向須一致且不得往復(fù)擦拭，抹布無法去除的滲透劑使用清洗劑清洗，方法同上；施加顯像劑時(shí)要薄且均勻，顯像后及時(shí)觀察有無缺陷并做好記錄。

圖5　DPT-5系列滲透劑

4.8焊縫射線探傷結(jié)果

現(xiàn)場焊接的4道焊縫經(jīng)100％RT檢測，為最大程度避免缺陷漏檢，每道焊縫沿圓周方向每120°垂直透照一次，4道焊縫共拍片12張，最終底片為5張Ⅰ級片，7張Ⅱ級片，全部Ⅱ級以上，符合質(zhì)量要求。

5　結(jié)論

（1）在現(xiàn)場焊接工況較差無法進(jìn)行焊縫背部充氬保護(hù)時(shí)，使用“太陽”牌TYPE I型免充氬保護(hù)劑在HPMOD+Nb（Z40Cr25Ni35Nb）爐管焊接中，能獲得爐管在正常工況下充氬焊接的效果，能保證焊縫質(zhì)量。

（2）采用專用坡口機(jī)去除爐管的內(nèi)部鰭片，既能提高施工效率，又能有效保證焊縫質(zhì)量。

（3）焊縫組對是一道關(guān)鍵環(huán)節(jié)，組對間隙和同軸度必須嚴(yán)格檢查，組對間隙為4 mm才能防止出現(xiàn)焊縫根部未熔合。

（4）加強(qiáng)每層焊縫的表面檢查能及早發(fā)現(xiàn)層間缺陷，有效防止焊縫最終返修，采用PT滲透檢測可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除表面細(xì)微缺陷。

Welding technology of HPMOD+Nb furnace tube under special conditions

HUANG Liqiong1，MENG Jin'an2，LI Jian2
（1.VindaLanzhou Petrochemical Co.，Lanzhou 730060，China；2.Lanzhou PetrochemicalCo.，Lanzhou730060，China）

On HPMOD+Nb（Z40Cr25Ni35Nb）in the process of furnace tube for emergency shutdown overhaul，due to the limitation of process conditions，the welding condition is bad，there is positive pressure air flow inside furnace tube，back filled argon protection may be not possible in the welding process.Adopt TYPE I type no argon protective agent filling welding technology in welding，100％PT tests after welding，the welding effect is good.Group of clearance for 4 mm can effectively prevent the weld root incomplete fusion; fins inside furnace tube through a dedicated groove machine can improve the effect of the construction and protection of weld quality.

HPMOD+Nb；Z40Cr25Ni35Nb；furnace pipe welding；free of charge argon protective agent

TG457.6

B

1001－2303（2016）01－0071-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.01.16

2014－01－17；

2015－07－18

黃禮瓊（1983—），男，甘肅蘭州人，工程師，學(xué)士，主要從事石化裝置檢維修、壓力容器制造及無損檢測等工作。