Incoloy825合金焊接失效分析及補焊工藝探究

嚴偉德，敬大偉

（中石油第二建設有限公司，甘肅 蘭州 730060）

1 概況

某石化公司對千萬噸級煉廠柴油加氫裝置進行檢修，其中有4臺高壓換熱器進行密封盤拆裝、抽管束、補焊作業（見圖1）。密封板尺寸為Φ1212mm×10mm兩具、Φ800mm×10mm兩具，材質為Incoloy825鐵鎳基合金。在施工過程中，其中一臺換熱器（E1103A）密封板焊接后通入氮氣進行密封試漏發現兩處裂紋（見圖二），導致檢修工作停滯。為保證裝置安全開工和設備焊接質量，成立技術攻關小組，對該處焊縫缺陷產生的原因進行了分析討論并找出解決方案。

圖1 密封板焊接位置示意圖

圖2 裂紋

2 技術難點

密封板材質特殊、機加工工藝復雜、材料成本高所以在檢修時必須拆除再利舊回裝，密封板焊接是此次檢修施工的關鍵。密封板采用Incoloy825是鐵鎳基合金，標稱成分42Ni-30Fe-21.5Cr-3Mo-2.2Cu。Incoloy825是在Incoloy800的基礎上增加鎳含量，添加3.0%的鉬、2.0%的銅、0.9%的鈦來提高其抗腐蝕能力。Incoloy825合金抗拉強度較高，塑性好，易于冷變形（深沖、旋壓、彎曲），加工硬化率略大于碳鋼而低于普通不銹鋼。焊接過程熔敷金屬流動性較強，間隙大小、坡口形狀、焊接方法、焊接順序都會對焊接質量產生影響。而且焊接加熱時線膨脹系數大，而導熱率較低，所以焊接過程中會產生加大的焊接應力，同時，鎳基合金在焊接時易產生焊接熱裂紋。如果焊接工藝不合理，就會造成接頭中焊接殘余應力過大，在操作中引起應力腐蝕和疲勞破壞，嚴重時會出現開裂、滲漏，是鎳基合金焊接構件失效的主要原因。

密封板利舊回裝焊接時的焊縫位置在拆除時的原位置，而拆除時采用等離子氣刨工藝加機械打磨，會破壞損傷設備管箱端部法蘭的堆焊層，對后續的回裝焊接造成困難。

3 焊接過程

與Incoloy825化學成分相配的焊絲是ERNiFeCr-1，但焊絲ERNiCrMo-3，鎳鉻鉬含量高于Incoloy825，并加入一定量的鈮，所形成的焊縫金屬在強度、耐蝕性和抗焊接熱裂性等方面優于ERNiFeCr-1。所以選擇了ERNiCrMo-3焊絲，直徑φ2.4，焊角高7mm。焊接控制層間溫度≤100℃（見表1）。

首先，對所拆除的密封板及與密封板連接面進行打磨，打磨后要求表面光滑度較高，待無損檢測人員對焊縫進行著色檢測等檢驗合格后，對其進行組對焊接。焊接時，由兩名焊工對稱、分段、退步焊接，以減小焊接應力，焊接完畢后通入氮氣進行密封試漏時發現角焊縫接頭有兩處開裂、滲漏。檢修工作因此停滯，請設備制造廠家相關技術人員進行分析并制定返修方案。

4 原因分析

利舊設備的焊補工作應充分考慮設備原有設計、材料、制造工藝等因素，設備E1103A在制造過程中，管箱端部法蘭采用耐熱鋼表面堆焊耐蝕合金的焊接加工工藝：12Cr2Mo1鍛+堆焊TP309L+TP347。檢修過程中密封板回裝焊接位置在堆焊層上，密封板在打磨拆除時會損傷管箱端部法蘭的堆焊層，并且密封板首次焊接時有一定的焊接殘余應力，設備在開工狀態下介質會造成一定的滲氫現象，所以在二次焊接時，一方面，要考慮堆焊層的補焊工藝；另一方面，還要考慮滲氫對設備金屬材料的影響，本次焊補返修采用焊前消氫熱處理、焊后后熱的工藝，結合設備制造時的堆焊部分焊接工藝的溫度要求，成功完成了焊接修補。

密封板檢修拆除再回裝焊接的難點就是焊接變形的控制，根據現場實際情況，制作專用卡具固定，焊接時，兩名焊工分段退步焊接，防止焊接變形，盡量采用小線能量焊接。焊前用專用工裝壓緊密封板并做好碳鋼隔離襯墊，確保密封完全。

5 返修過程

參照NB/T47014-2011《承壓設備用焊接工藝評定》、JB/T4756-2006《鎳及鎳合金制壓力容器》等標準要求，就現場密封板的補焊施工程序制定以下修補方案并實施：

（1）先由專業人員打開換熱器頭蓋，用不銹鋼鋼絲刷進行原焊縫的表面清理，符合PT檢測條件后，交無損檢測人員檢測。

（2）對PT檢測出的缺陷用角磨機打磨處理，具體要求：將原有焊縫高出部位全部磨平，對部分表面出現的裂紋缺陷進行打磨，確保消除缺陷，對打磨后的焊道再次進行PT檢測，檢測比例100%，按JB/T4730.5-2005，I級合格。

（3）首先焊前進行原焊道整圈的消氫熱處理，溫度300～350C°，恒溫30min。

（4）待消氫處理后，對補焊部位進行清理油污并補焊，補焊過程中確保焊材的潔凈度，焊接環境做到防風措施到位，焊接接頭中不能產生氣孔、夾渣、夾雜等缺陷，這些都是導致裂紋產生的裂紋源。換熱器管箱端部法蘭位置焊接采用手工鎢極氬弧焊進行堆焊，預熱溫度≥150℃（首層），層間溫度在150～250℃（首層）。

（5）其余層層間溫度15～150℃，焊絲采用ERNiCrMo-3，規格φ2.4，電流110～140A，電壓14～16V，速度≥80mm/min。

（6）管箱端部法蘭與密封板焊接完進行（300～350）℃×30min后熱處理。

（7）打磨焊縫位置成圓滑過渡，既要保證焊縫質量，又要符合圖紙要求，且焊縫不得有咬邊，夾渣及未焊透。

（8）焊接完成后再一次進行焊縫表面PT檢測，檢測比例100%，按JB/T4730.5-2005合格級別I級。最后通入氮氣進行密封試漏，確保無泄漏。

6 結語

根據焊接及返修過程，分析焊縫開裂原因，并找出解決方案進行實施，為裝置安全平穩運行提供了保障。對類似裝置檢修新舊材料焊接問題，具有良好的借鑒作用。