本文主要介紹了高壓加氫換熱器管箱法蘭蓋板實(shí)心圓平板及堆焊層材質(zhì)的物理性能化學(xué)成分和工作環(huán)境分析了裂紋形成原因確定了平板形角焊縫密封結(jié)構(gòu)修復(fù)方法及焊接接頭的技術(shù)要領(lǐng)確定了采用風(fēng)鏨子將裂紋缺陷處全部清理干凈并開U型坡口同時(shí)碾死焊口根部不漏殘油并鑲進(jìn)Φ3.2mm的焊條芯采用氬弧焊點(diǎn)焊的方法焊接材料選用原則選擇了ERNiCrMo-3氬弧焊焊絲和焊接超級(jí)奧氏體不銹鋼的ENiCrMo-3萬能電焊條進(jìn)行蓋面焊接確定了焊補(bǔ)工藝和焊接工藝參數(shù)和焊接方法焊接特點(diǎn)以及焊接注意事項(xiàng)等.

引  言

某石化公司100萬噸/年加氫裂化裝置熱高分子與進(jìn)料換熱器管箱法蘭與隔膜密封板焊縫出現(xiàn)裂紋泄漏換熱器作為裝置系統(tǒng)是能量平衡和能量回收中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備隨著石油化工裝置向著大型化和高參數(shù)方向的不斷發(fā)展其體積和質(zhì)量也越來越大高壓加氫換熱器作為加氫裝置的主要設(shè)備之一擔(dān)負(fù)著原料油與反應(yīng)生成油的熱量交換任務(wù)由于設(shè)備的操作壓力和溫度均較高且介質(zhì)屬于易燃易爆的油氣類在長(zhǎng)期高溫高壓和臨氫的環(huán)境下此密封接頭焊縫結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋而引起泄漏高質(zhì)量焊接修復(fù)密封接頭裂紋對(duì)延長(zhǎng)密封結(jié)構(gòu)壽命以及保證加氫裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行具有重要的工程意義

1  焊接分析

加氫高壓換熱器管箱法蘭是平板式焊接密封結(jié)構(gòu)管程設(shè)計(jì)壓力為16.9MPa設(shè)計(jì)溫度272℃, 管箱法蘭蓋板材料均為16Mo5管箱法蘭表面有5mm厚的0Cr18Ni9堆焊層0Cr18Ni9鋼（AISI 304）是奧氏體不銹鋼具有足夠的耐晶間腐蝕能力在氧化性酸中具有優(yōu)良的耐蝕性在堿溶液和大部分有機(jī)酸和無機(jī)酸中以及大氣水蒸汽中耐蝕性亦佳[1]缺點(diǎn)是對(duì)過熱敏感存在過熱區(qū)也容易造成熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大焊縫高溫停留時(shí)間過長(zhǎng)在高溫狀態(tài)下Cr和C形成化合物在高溫區(qū)就形成了貧鉻層也會(huì)導(dǎo)致焊縫的枝晶傾向加劇當(dāng)焊接材料選擇或焊接工藝不正確時(shí)容易出現(xiàn)熱裂紋實(shí)心圓平板尺寸為Φ1212mm×10mm材質(zhì)INCOLOY825Incoloy825是金屬鎳鐵鉻系鎳基耐蝕合金此合金含少量金屬元素鉬和銅在還原性酸和氧化性酸中它有很好的耐蝕性還有很好的抗應(yīng)力腐蝕開裂抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕它對(duì)硫酸和磷酸有優(yōu)異的耐蝕性是一種通用的工程合金從經(jīng)濟(jì)性和現(xiàn)實(shí)情況考慮決定對(duì)加氫高壓換熱器管箱法蘭焊縫及附近區(qū)域出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行焊接修復(fù)

2  焊接材料選用

加氫高壓換熱器管箱法蘭材料為16Mo5表面有0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼堆焊層實(shí)心圓平板材質(zhì)Incoloy825是金屬鎳鐵鉻系鎳基耐蝕合金裂紋泄漏處的焊接屬異種鋼焊接不銹鋼焊條的選用是按等成分的原則即選用熔敷金屬化學(xué)成分與母材相同或相近的焊條同時(shí)熔敷金屬的含碳量不應(yīng)高于母材選用耐熱不銹鋼焊條時(shí)還應(yīng)注意滿足焊縫金屬的抗熱裂紋性能和高溫性能對(duì)于耐蝕不銹鋼還應(yīng)考慮到工作條件和工作溫度狀況[3]焊縫的強(qiáng)度線膨脹系數(shù)的差異焊接裂紋氣孔的敏感性也都應(yīng)一并考慮為此選用了ER NiCrMo-3焊絲焊條選用ENiCrMo-3美國(guó)泰克羅伊萬能電焊條焊條牌號(hào)TECH-ROD112ENiCrMo-3焊條是堿性藥皮鎳合金焊條其特點(diǎn)具有電弧穩(wěn)定飛濺小熔渣覆蓋均勻脫渣容易焊縫成形好金屬強(qiáng)度塑韌性抗氣孔性能良好等特點(diǎn)具有極佳的抗應(yīng)力腐蝕開裂和抗點(diǎn)蝕能力

3  焊接

3.1  修復(fù)方法

由于換熱器角焊縫焊接密封接頭裂紋處是在底下半部容器內(nèi)有水和殘油不斷滲出如果直接用熔化焊將無法焊接只能用堵塞和碾死滲漏處與焊接相接合的方法進(jìn)行修復(fù)通過試驗(yàn)確定采用風(fēng)鏨子將裂紋缺陷處全部清理干凈在焊口根部用風(fēng)鏨子鏨成一個(gè)3.2mm的U 型坡口通過風(fēng)鏨子開坡口的力而使焊口根部碾死不漏殘油將焊條芯鑲進(jìn)U型坡口內(nèi)采用氬弧焊點(diǎn)焊焊接電弧不直接熔化根部達(dá)到手工電弧焊焊接的基本要求

3.2  焊接工藝參

焊機(jī)采用手工電弧焊/氬弧焊兩用的WS7-400 逆變式弧焊機(jī)氬弧焊時(shí)采用直流正接焊絲規(guī)格Φ2.0mm鎢極Φ2.5mm伸出長(zhǎng)度5~6mm噴嘴直徑8mm氬氣純度≥99.99％手工電弧焊時(shí)采用直流反接焊條規(guī)格Φ3.2mm（見附表）焊條進(jìn)行300~350℃ 烘干1h隨取隨用不要重復(fù)烘干

3.3  焊前清理

確定泄漏的具體位置密封板與管箱法蘭之間角焊縫全部清除干凈清除處與周邊金屬平滑過渡同時(shí)做PT處理清除焊縫時(shí)做好相應(yīng)的防護(hù)措施不要傷及密封板及管箱法蘭密封面將周圍的油污雜物徹底清理干凈對(duì)裂紋缺陷處進(jìn)行（300~350）℃×（6~8）h脫氫處理采用履帶式加熱器（或繩式加熱器）進(jìn)行局部加熱并布置一支熱電偶進(jìn)行實(shí)體測(cè)溫

3.4  焊接注意事項(xiàng)及要求

3.4.1  Incoloy825的焊接必須在退火態(tài)300~350℃（預(yù)熱消氫）進(jìn)行焊前應(yīng)使用不銹鋼絲刷將坡口兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的水銹油污以及毛刺等有害物清理干凈坡口表面不得有裂紋和夾層等缺陷

3.4.2  正式焊接前應(yīng)認(rèn)真檢查點(diǎn)固焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量如發(fā)現(xiàn)各類缺陷時(shí)應(yīng)清除后方可施焊

3.4.3  焊接工作應(yīng)安排具有相應(yīng)合格位置焊接資格的技術(shù)熟練的焊工擔(dān)任

3.4.4  焊工手工工具如刨錘鋼絲刷等應(yīng)采用不銹鋼制成

3.4.5  焊接的引弧和收弧必須在坡口內(nèi)進(jìn)行不得在管壁上試驗(yàn)焊接電流焊接時(shí)注意引收弧處的質(zhì)量收弧應(yīng)填滿弧坑

3.4.6  不銹鋼的焊接對(duì)層間溫度和線能量的輸入很敏感在保證焊透及熔合良好的條件下焊接時(shí)盡量采用小電流小電壓多層多道快速焊以減小焊接線能量層間接頭應(yīng)錯(cuò)開每條焊縫焊接兩層以上當(dāng)一層焊接結(jié)束后應(yīng)及時(shí)清理層間熔渣焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生的顏色要在焊縫區(qū)域未冷卻時(shí)用不銹鋼刷刷去方可進(jìn)行下一層的焊接

3.4.7  為防止碳化物析出敏化及晶間腐蝕應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度≤60℃和焊后冷卻速度避免產(chǎn)生熱裂紋預(yù)防晶間腐蝕

3.4.8  焊縫應(yīng)一次連續(xù)焊完如中途因故停止重新焊接前必須打磨接頭并按照原工藝進(jìn)行施焊

4  檢驗(yàn)

4.1  焊接的角焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的PT著色其表面不得有任何缺陷符合JB4730－2005Ⅰ級(jí)合格

4.2  缺陷修補(bǔ)后應(yīng)放置12h以上管程水壓試驗(yàn)參數(shù)由廠家提供合格后方可投入使用

5  結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝抓好全方位的過程控制取得良好的焊接效果經(jīng)過幾個(gè)月的質(zhì)量跟蹤驗(yàn)證產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足要求設(shè)備運(yùn)行良好實(shí)踐充分證明采用在焊口根部用風(fēng)鏨子鏨成一個(gè)3mm的U型坡口而使焊口根部碾死不漏殘油用焊條芯鑲進(jìn)U型坡口內(nèi)用氬弧焊點(diǎn)焊焊接能使電弧不直接熔化根部而達(dá)到正常焊接的方法在石油化工裝置設(shè)備檢修中應(yīng)用效果非常好給公司節(jié)約了成本和時(shí)間取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益值得推廣使用