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换热器2·25Cr1Mo厚壁筒体焊缝裂纹现场修复点击：1900 日期：[ 2014-04-26 22:00:39 ] |
| 2·25Cr1Mo厚壁换热器筒体焊缝裂纹的现场修复 蔡振宇 (西安石油大学,陕西西安,710048) 秦惠清 贺力奇 (中石油乌鲁木齐石化公司,新疆乌鲁木齐,830019) 摘要：介绍2·25Cr1Mo厚壁换热器筒体焊缝开裂情况,分析其开裂原因,阐述消缺修复的施工要点。 关键词：2·25Cr1Mo 焊缝开裂 现场修复 1 设备概况 中石油乌鲁木齐石化公司化肥厂二合成装置第三合成回路蒸汽发生器(E43),由INDUSTRIE MECCANICHE DIBAGNOLO按ASMEⅧDIV·1 1992版于1994年4月5日设计,并由该公司于1995年制造,1997年3月投入运行。 该换热器为U型管式固定管板结构;筒体、 换热管束、管板、封头材质均为SA336 Gr·F22 (2·25Cr1Mo),筒体厚度85mm。其主要设备特性见表1。 制造时,筒体环焊缝焊接材料为E9015-B3 (ASME SFA5·5),其化学成分见表4,机械性能见表5。 焊前预热163~191℃,焊后热处理690±14℃。 2 环焊缝开裂及现场修复 在2004年7月进行压力容器定期检验时首次在筒体环焊缝B2上发现裂纹,经现场修复后, 设备继续投用。 2005年12月、2006年10月连续2a在同1条 环焊缝上又产生开裂并导致泄漏。具体开裂部位 见图1。 部位A:2004年7月发现。裂纹共8条,横向裂纹,其中3条为贯穿性裂纹,最长55mm,裂纹分布在300mm长度范围内。 部位B:2005年12月出现。1条贯穿性裂纹,横向裂纹,长度38mm。 部位C:2006年10月出现。1条贯穿性裂纹,横向裂纹,长度120mm。在修复过程中,沿环 焊缝中心又断续出现了纵向裂纹,长度约为 350mm。 其中,裂纹位置C是在裂纹位置A返修过的焊缝边缘上。 3 修复后焊缝屡次开裂原因 由于设备已经使用多年,修复部位处于临氢、氮环境,其内壁母材表面已经有氢、氮的渗透,硬度高,材料存在一定程度的劣化,其可焊性大为降低。在前2次施工作业中,没有在焊前进行消应力处理,既没有使溶解在钢中的氢完全溢出,也没有使母材软化,硬度降低,这样在焊接过程中焊缝融合线上的热影响区处极易产生新的裂纹。同时,开裂处新开挖打磨的焊接坡口不可能完全规则,并且焊工处在仰焊位焊接,现场施焊条件相对恶劣,连续手工作业易造成作业人员疲劳,这些都 极易产生新的焊接缺陷。 4 现场修复作业过程实施要点 4·1 准备工作 1)由于是在室外施工,焊前要搭好防风防雨棚,以免遭受风雨侵袭,从而减少焊缝中的氢含量。焊条按规范烘烤后装在保温桶内,随取随用。 2)为保证热处理质量,选用计算机自动温控热处理设备(主要包括计算机温控柜、履带型电加热片及热电偶等附件,该设备也用于前期预热阶段)。为保证焊接、热处理的连续性,避免由于意外断电导致焊接及热处理非正常中断,配双电源, 其中一路为备用;同时,焊工采取三班倒作业形 式。 3)为保证热电偶头部与筒体内外壁接触良 好,测温准确,将M14螺帽磨出宽度为6mm缺 口,点焊在坡口两侧,热偶头部用螺杆顶住紧贴筒壁。 4)对焊缝做UT,精确定位裂纹位置和长度, 确保无遗漏缺陷。 4·2 筒体裂纹打磨消缺,焊接修复 1)在原焊缝开裂处打磨开挖并修整新的焊接坡口。用磁力钻在纵向裂纹前端打止裂孔(> 25mm)止裂。用火焰加热法将待挖部位预热至 100~200℃,用气割割除。起割不得从止裂孔处起割,防止裂纹扩展。 打磨完毕,坡口降至常温后,PT、UT检查坡口面及坡口两侧母材100mm范围,确认裂纹完全清 除干净。打磨后的坡口应光滑向筒壁外侧过渡, 不得有凹坑等焊接死角。 2)确认消除缺陷后,整条环焊缝做中间消应力热处理。消应力的同时也进行了母材及焊缝消氢。为焊接工作打下良好基础。热处理工艺为: 升温至720℃,恒温6h。升降温速率控制在 100℃,降温至250℃后,准备焊接。 受现场施工条件约束,不可能将设备进炉进行整体热处理或托滚旋转加热处理,这就容易造 成热处理效果不易完全达到技术要求。现场所做的试验可以表明,当筒体外壁加热到730℃,恒温2h后,筒体内壁温度才达到670℃,内外壁有接近 60℃的温差存在。如果加热面积过小,保温不完 善,一是升温速率较慢,影响施工进度。二是换热器本身散热较大,很难保证热处理工作达到预期 目的。为保证焊缝加热均匀,温度达到热处理工艺参数,在筒体焊缝两侧各布置了8片(每片 10kW)的履带式加热片,并用陶纤包裹防止散热。待消缺部位用保温棉覆盖,降温到预热温度300℃后,仅拆除保温棉即可作业,无需拆除加热片上的陶纤。这样,可有效防止焊缝坡口过度散热。延长恒温时间至6h的目的在于使内壁温度达到690℃以上,确保消应力的效果。 3)修复焊缝的焊接。温度降至300℃,组对并点焊内垫板。垫板材质为低碳钢,厚度为 5mm,垫板形状依据筒体内壁焊喉形状用石棉板描出,以便精确加工垫板,使垫板放入焊喉后严密合缝,同时为焊后超声波探伤人员对焊缝根部超声波反射提供参考。与筒体内壁母材间不得有大 于2mm间隙。在填充焊接到内垫板点固焊点时, 将其磨除。 填充焊接时,为保证降低母材熔合比,减小焊接线能量输入,采用小电流、短弧焊,快速焊、直流反接且多层多道焊,每层焊缝金属不得超过 3mm,焊条摆动宽度不超过3倍的焊条直径。多层多道焊时,焊接接头相互错开,每层每道 的起弧点、收弧点应错开5mm以上,且应填满弧坑;并采取重熔焊道即“退火焊道法”,由前道焊缝 对后道焊缝的热作用而使晶粒细化,从而提高焊 缝的冲击韧度。施焊过程中,每焊完一层,用小锤 轻轻锤击焊缝和热影响区,减少焊接残余应力。每层每道焊后彻底清渣,焊道间尽量平整,凹坑处补焊填平后方可焊接下一层。不得在坡口边缘母 材上采用堆焊的方法填充焊道。 为避免重新加热消氢,全部焊接过程中途不中断,确保在外加热状态下一次性完成。在整个 焊接过程中,焊缝层间温度始终不低于预热温度, 即200~300℃。焊接时,若超过此温度则停止施 焊,待温度降至200~300℃时再焊;若低于此温度 也停止施焊,用火焰加热法将温度加至200~ 300℃时再焊。焊工在焊接过程中发现焊接缺陷, 应立即用磨光机清除。焊缝层间温度用红外测温 枪监控测温。 4)最终热处理。堆焊后的焊接残余应力较 大,为降低残余应力峰值,软化淬硬组织和改善焊 接接头性能,立即进行最终消应力热处理。消应力必须将整条焊缝表面进行整体加热, 不得以局部加热代替。 5)无损检测。最终热处理结束并待焊缝降 至常温后,将固定螺帽的焊点磨除,并进行PT检测,确认无表面裂纹。最终热处理结束后24h以上,对补焊区域进行100%UT、100%MT、100%PT检测,按JB4730I级合格。 最终热处理结束后,对焊缝金属、热影响区、母材进行硬度检测,其硬度值不得大于HB225。 为避免外力作用而产生裂纹等缺陷,焊后在焊口附近取消打钢印的传统做法。 5 结束语 1) 2·25Cr1Mo材料焊缝的现场修复焊接,应以如何控制避免产生新的氢致裂纹为重点,除必须制订科学的工艺规范并严格执行外,现场热处理是否可靠有效是关键。 如果不能有效消除焊缝金属组织中的残留氢,则存在修复后焊缝重新产生焊接过程氢致延迟裂纹的可能。 如果不能有效消除焊接过程残余应力,由于介质氢渗透并扩散的始终存在,则修复后焊缝重新开裂的可能性依然存在。 2)在高温临氢环境下,2·25Cr1Mo具有高温氢腐蚀的高敏感性,运行时间越长发生高温氢腐蚀的可能性越大。为提早发现该类裂纹的存在, 以及时消除设备安全隐患,必须严格压力容器周期检验程序并确保检验结果真实有效;同时,应该加大工艺巡检频次,以及时发现泄漏,保证不出现重大安全事故。 |
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