論在用甲醇合成塔殼體焊縫裂紋現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)

周家忠

【摘 要】甲醇合成塔是甲醇裝置中的核心設(shè)備，其操作壓力較高，介質(zhì)易燃易爆且具有中度毒性。一旦發(fā)生事故，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能帶來(lái)人員傷亡。本文分析了甲醇合成塔殼體常見(jiàn)的焊縫裂紋出現(xiàn)的原因并提出對(duì)缺陷進(jìn)行消除、返修、熱處理及檢驗(yàn)的方案，為類似容器的焊接處理提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】甲醇合成塔；焊縫缺陷；修復(fù)

金屬作為最常用的工程結(jié)構(gòu)材料，往往要求具有如高溫強(qiáng)度、低溫韌性、耐腐蝕性以及其他一些基本性能，并且要求在焊接之后仍然能夠保持這些基本性能。焊接過(guò)程的特點(diǎn)主要是溫度高、溫差大，偏析現(xiàn)象很突出，金相組織差別比較大。因此，在焊接過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生各種不同類形的焊接缺陷而遺留在焊縫中。如裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣以及夾鎢等。從而降低了焊縫的強(qiáng)度性能，給安全生產(chǎn)帶來(lái)很大的不利。但是，不論什么樣的缺陷，它在形成的過(guò)程中都具有特定的形成機(jī)理和規(guī)律，只要掌握其形成的基本特點(diǎn)，就會(huì)對(duì)我們?cè)谏a(chǎn)中制定焊接工藝措施，防止缺陷的產(chǎn)生起到很好的作用。下文將對(duì)焊縫中常見(jiàn)的缺陷的形成及其危害性進(jìn)行分析，并提出防止措施。

1.裂紋產(chǎn)生的原因分析

根據(jù)日常所發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷分析，產(chǎn)生裂紋的主要因素是焊接工藝不合理、選用材料不當(dāng)、焊接應(yīng)力過(guò)大以及焊接環(huán)境條件差造成焊后冷卻太快等。焊縫裂紋一般分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋是在焊接過(guò)程中形成的，因此，大部分都產(chǎn)生在焊縫的填充部位以及熔合線部位，并埋藏于焊縫中；冷裂紋也叫延時(shí)裂紋，一般都是在焊縫冷卻過(guò)程中由于應(yīng)力的影響而產(chǎn)生，有時(shí)還隨著焊縫的組織的變化首先在焊縫內(nèi)部形成組織晶界裂紋，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后才形成宏觀裂紋，這類裂紋一般形成于焊縫的熱影響區(qū)以及焊縫的表面。裂紋是焊縫中危害性最大的一種缺陷，它屬于條面對(duì)面狀缺陷，在常溫下會(huì)導(dǎo)致焊縫的抗拉強(qiáng)度降低，并隨著裂紋所占截面積的增加而引起抗拉強(qiáng)度大幅度下降。另外，裂紋的尖端是一個(gè)尖銳的缺口，應(yīng)力集中很大，它會(huì)促使構(gòu)件在低應(yīng)力下擴(kuò)展破壞。所以在焊縫中裂紋是一種不允許存在的缺陷。

2.防止裂紋產(chǎn)生的措施

首先是針對(duì)構(gòu)件焊接情況選取合理的焊接工藝，如焊接方法、線能量、焊接速度、焊前預(yù)熱、焊接順序等。這是防止焊縫裂紋產(chǎn)生的最基本的措施。當(dāng)在結(jié)構(gòu)條件一定的情況下，合理的工藝不僅會(huì)影響和改善接頭的應(yīng)力狀態(tài)，而且也會(huì)影響焊縫的化學(xué)成分，還可以改變雜質(zhì)的偏析程度，對(duì)防止裂紋的形成都有很大的好處。其次是焊接材料的選擇要正確。其三是考慮焊接環(huán)境條件以及熱處理工藝等。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮各種工藝因素所帶來(lái)的影響。

熱裂紋的產(chǎn)生及處理。

熱裂紋是指高溫下所產(chǎn)生的裂紋又稱高溫裂紋或結(jié)晶裂紋。通常產(chǎn)生在焊縫內(nèi)部，有時(shí)也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)。表現(xiàn)形式有縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋弧坑裂紋和熱影響區(qū)裂紋。其產(chǎn)生原因是由于焊接熔池在結(jié)晶過(guò)程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)在結(jié)晶過(guò)程中以液態(tài)間層形式存在從而形成偏析。凝固以后強(qiáng)度也較低。當(dāng)焊接應(yīng)力足夠大時(shí)，就會(huì)將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂紋。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)，當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時(shí)也會(huì)被拉開。總之，熱裂紋的產(chǎn)生是冶金因素和力學(xué)因素共同作用的結(jié)果。

針對(duì)其產(chǎn)生原因，其預(yù)防措施如下（1）限制母材及焊接材料（包括焊條、焊絲、焊劑和保護(hù)氣體）中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，特別應(yīng)控制硫、磷的含量和降低含碳。一般用于焊接的鋼材中硫的含量不應(yīng)大于0.045%；磷的含量不應(yīng)大于0.055%；另外鋼材含碳量越離，焊接性能越差，一般焊縫中碳的含量控制在0.10%以下時(shí)熱裂紋敏感性可大大降低。（2）調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分改善焊縫組織細(xì)化焊縫品粒以提高其塑性減少或分散偏析程度控制低熔點(diǎn)共品的有害影響。（3）采用堿性焊條或焊劑以降低焊縫中的雜質(zhì)含攝改善結(jié)晶時(shí)的偏析程度。（4）適當(dāng)提高焊縫的形狀系數(shù)采用多層多道焊接方法避免中心線偏析可防止中心線裂紋。（5）采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能超，整體預(yù)熱和錘擊法收弧時(shí)填滿弧坑等工藝措施。

3.焊縫內(nèi)部缺陷的修復(fù)

3.1科學(xué)確定要進(jìn)行修復(fù)的位置，切忌盲目規(guī)劃

要認(rèn)真核對(duì)超標(biāo)缺陷的性質(zhì)、長(zhǎng)度、位置是否與容器上要返修的位置相符，防止因位置不準(zhǔn)而造成不必要的返修。返修部位要在容器內(nèi)外側(cè)劃出明顯的標(biāo)記。采用碳弧氣刨清除缺陷，在氣刨過(guò)程中要注意觀察缺陷是否刨掉。如發(fā)現(xiàn)缺陷已經(jīng)刨掉，應(yīng)停止氣刨。如沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺陷，可繼續(xù)氣刨，但深度不得超過(guò)2/3容器板厚度。如超過(guò)板厚2/3處仍有缺陷，則應(yīng)先在該狀況下使用砂輪機(jī)打磨，然后在其背面再次清除缺陷，并重新打磨補(bǔ)焊，氣刨工必須了解所刨缺陷的具體情況。氣刨的深度以刨出缺陷為準(zhǔn)，氣刨長(zhǎng)度不得小于50mm，氣刨的刨槽兩端過(guò)渡要平緩，以利于多層焊接時(shí)的端部質(zhì)量。氣刨后經(jīng)打磨、表面滲透探傷合格后方可焊接。

3.2嚴(yán)格控制施工環(huán)境與施工條件

參與修復(fù)施焊的焊工必須持有國(guó)家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督部門頒發(fā)的焊工合格證，在有效期間擔(dān)任合格項(xiàng)目范圍內(nèi)的焊接工作。施焊者將其鋼印刻在焊道兩側(cè)。施焊前應(yīng)將磨槽表面和兩側(cè)至少20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹水分及其他有害雜質(zhì)清除干凈。焊接前必須進(jìn)行預(yù)熱，并設(shè)專人負(fù)責(zé)管理，焊件的預(yù)熱是在焊接側(cè)的背面，首先在預(yù)熱區(qū)一側(cè)使用氧氣-乙炔氣焊預(yù)熱，要求位置必須準(zhǔn)確。預(yù)熱溫度為125-140℃。層間溫度亦控制在100～150℃范圍內(nèi)。焊接預(yù)熱時(shí)，預(yù)熱范圍以焊補(bǔ)部位為中心，在半徑為150mm的范圍內(nèi)，并取較高的預(yù)熱溫度。根據(jù)合格的焊接工藝評(píng)定制定焊接工藝卡，嚴(yán)格按工藝卡規(guī)定的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。工藝記錄員要及時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量記錄焊接工藝參數(shù)，使所有實(shí)際焊接參數(shù)符合工藝文件之規(guī)定。修補(bǔ)的焊層必須在兩層以上，嚴(yán)格控制焊接線能量，且不應(yīng)在其下限值附近焊接短焊道，接近上限時(shí)不得多層連續(xù)焊接。焊接時(shí)采用短弧焊，不宜擺動(dòng)。

焊補(bǔ)長(zhǎng)度應(yīng)大于50mm。焊縫同一部位的焊補(bǔ)次數(shù)不超過(guò)兩次，如超過(guò)兩次必須提出返修技術(shù)措施，經(jīng)公司技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后，方可進(jìn)行。 焊接修補(bǔ)后，使用氣焊立即進(jìn)行后熱消氫處理，后熱溫度為200～230℃，并用保溫棉覆蓋修補(bǔ)部位內(nèi)外兩側(cè)，保溫時(shí)間0.5小時(shí)。同一部位的返修次數(shù)不得超過(guò)兩次，如超過(guò)兩次，必須編制超次返修方案及措施，焊補(bǔ)前應(yīng)經(jīng)公司技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。焊補(bǔ)次數(shù)、部位和焊補(bǔ)情況應(yīng)記入容器質(zhì)量證明書。焊縫返修時(shí)，焊縫的內(nèi)外側(cè)各做為一個(gè)返修部位。探傷檢測(cè)探傷檢測(cè)探傷檢測(cè)探傷檢測(cè)：焊接完成后應(yīng)將焊縫及邊緣打磨光滑，余高為0～3.0mm。經(jīng)外觀檢查、100%PT檢測(cè)符合JB/T4730-2005Ⅰ級(jí)合格，100%RT探傷檢測(cè)符合JB/T4730-2005Ⅱ級(jí)合格，才能確認(rèn)焊縫返修合格。焊接修補(bǔ)的部位、次數(shù)和檢測(cè)結(jié)果應(yīng)作記錄。

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