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厚壁换热器筒体焊缝裂纹的现场修复点击：1725 日期：[ 2014-04-26 22:05:51 ] |
| 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 MECCANICHEDIBAGNOLO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SA336Gr·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 (ASMESFA5·5),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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