減溫減壓器環(huán)焊縫處裂紋的返修焊接工藝

潘學(xué)穎（甘肅省高臺(tái)縣職業(yè)中專734300）

減溫減壓器環(huán)焊縫處裂紋的返修焊接工藝

潘學(xué)穎（甘肅省高臺(tái)縣職業(yè)中專734300）

隨著我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用，壓力容器的制造質(zhì)量和使用中操作工藝的好壞，關(guān)系到職工的生命和健康以及環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等問題。海化集團(tuán)熱電廠一臺(tái)450/220℃，4.2/1.9MPa減溫減壓器（主管規(guī)格：φ529*14，材質(zhì)15CrMo），在使用過程中，在入口環(huán)焊縫局部出現(xiàn)了一條長(zhǎng)約80mm，寬約0.2-0.6mm的裂紋。

減溫減壓器裂紋焊補(bǔ)

壓力容器不僅是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備，同時(shí)也是比較容易發(fā)生事故的特殊設(shè)備，它的設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢驗(yàn)、使用、維修等對(duì)安全運(yùn)行十分重要。

一、裂紋的原因及分析

由于減溫減壓器長(zhǎng)期處于冷熱交替狀態(tài)，有時(shí)金屬在高溫下過熱會(huì)產(chǎn)生裂紋，有時(shí)雖然金屬溫度不太高，但在長(zhǎng)期溫度反復(fù)變化的情況下也會(huì)產(chǎn)生熱疲勞裂紋，而且由于存在原焊縫熔化區(qū)，化學(xué)不均勻引起的組織不均勻或因快速冷卻產(chǎn)生的淬硬組織，則在此應(yīng)力的作用下開裂。我們還分析到此壓力容器在制造時(shí)可能存在硬傷，過大的焊接殘余應(yīng)力或材料和結(jié)構(gòu)不當(dāng)，形成幾何不連續(xù)應(yīng)力帶來的隱患。經(jīng)過長(zhǎng)期壓力、溫度引起的動(dòng)脈應(yīng)力反復(fù)作用，或不正常超壓，超容量放空過猛，形成溫差超載應(yīng)力，形成應(yīng)力產(chǎn)生裂紋。于是和甲方專工商量用X射線探傷來檢查裂紋的內(nèi)部缺陷情況，如位置、長(zhǎng)短、大小、深度等。經(jīng)過分析X光片，并根據(jù)檢驗(yàn)部門的檢驗(yàn)報(bào)告單上所提供的數(shù)據(jù)，我方和甲方專工共同分析出缺陷產(chǎn)生原因。由我方制定返修焊補(bǔ)方案。經(jīng)過有關(guān)焊接專業(yè)工程師以至總工程師審查后批準(zhǔn)了我方的返修焊補(bǔ)方案。

二、焊前準(zhǔn)備

（一）裂紋的清理

首先清除裂紋附近的氧化皮、油漆、污物。由于該容器的材料為15CrMo。根據(jù)探傷檢驗(yàn)報(bào)告單上所提供的缺陷位置及長(zhǎng)短、寬窄、深度等，決定開V型坡口而且一次成型。在裂紋的延伸方向上，在裂紋末端各鉆一個(gè)直徑為6mm的止裂小孔，深度鉆透。由于裂紋所處位置的接頭厚度尺寸剛性大，為避免熱應(yīng)力的產(chǎn)生和組織性能的變化，要用冷加工機(jī)械法消除裂紋?，F(xiàn)場(chǎng)采用角向磨光機(jī)磨削出坡口，檢查裂紋確已消除，并將坡口周圍30mm范圍磨出金屬光澤，消除表面氫的來源，達(dá)到預(yù)期的目的，為下一步施焊做好準(zhǔn)備。

（二）焊接材料的選擇

因?yàn)槿萜鞑馁|(zhì)為低合金結(jié)構(gòu)鋼。為保證焊接接頭的熱強(qiáng)性宜選用低氫型焊條，以保證焊縫金屬的抗裂性和塑性，焊縫的化學(xué)成分與母材相近，故選用R307焊條。這種焊條優(yōu)點(diǎn)是焊縫金屬機(jī)械性能好，特別是沖擊韌性高，抗冷裂紋能力高，藥皮氧化性差，合金元素?zé)龘p少。電焊機(jī)為直流反接。為防止冷裂紋的產(chǎn)生并嚴(yán)格控制氫的來源，焊條在焊前按規(guī)定嚴(yán)格烘干，烘干溫度為350-400℃，烘干1-2小時(shí)，烘干后的焊條放入100℃左右的保溫箱內(nèi)隨用隨取，防止重新吸潮，從各個(gè)工序上嚴(yán)格把關(guān)，確保焊材無問題。

（三）焊前預(yù)熱

焊前預(yù)熱時(shí)防止冷裂紋產(chǎn)生的有效措施。防止冷裂紋主要從降低擴(kuò)散氫含量、改善組織和降低焊接應(yīng)力等方面采取措施，在施工現(xiàn)場(chǎng)采取氣焊火焰進(jìn)行焊前預(yù)熱。預(yù)熱溫度一般在200-250℃左右，用測(cè)溫儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫。預(yù)熱位置應(yīng)預(yù)熱到缺陷后的坡口每側(cè)不小于80mm，裂紋的延長(zhǎng)方向每端不小于20mm。這時(shí)焊補(bǔ)裂紋時(shí)必須特別注意防止焊接處由于冷卻收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力帶來的后果，如在返修處及附近不產(chǎn)生細(xì)小裂紋等，故采取預(yù)熱的方法來預(yù)防。

三、焊接工藝

采用氬弧焊打底，電焊填充蓋面的多層多道焊方法。整個(gè)過程，一氣呵成。焊接設(shè)備采用弧焊逆變焊機(jī)，型號(hào)為ZX7-400型，采用直流正接法。焊絲選用H13CrMoA，焊絲焊前要除銹、水分等雜質(zhì)。焊接工藝參數(shù)如下表：（見附表）

焊前我們用帆布及鋼筋搭了一個(gè)臨時(shí)擋風(fēng)棚。焊前準(zhǔn)備工作就緒后，開始施焊。引弧前首先打開氬氣閥門，送氣3～5分鐘，氣流穩(wěn)定后即可引弧，對(duì)坡口兩側(cè)加熱2-3秒后，看母材出現(xiàn)“出汗”現(xiàn)象即可填絲開始焊接。焊槍、噴嘴與管子經(jīng)向夾角在5-15°左右，控制坡口兩側(cè)融化均勻，盡可能快速焊，填充金屬減薄，滅弧前連續(xù)送進(jìn)2-3滴填充金屬，以防止縮孔，并且應(yīng)將電弧移向坡口一側(cè)，然后熄弧，并作送氣延時(shí)。打底焊好以后，電焊填充蓋面，刻不容緩。焊接設(shè)備采用弧焊逆變焊機(jī)，型號(hào)為ZX7-400型，采用直流反接。焊接工藝參數(shù)見下表：

附表

第二層填充給底層起到一個(gè)預(yù)熱作用，在焊接時(shí)注意觀察熔池及坡口兩側(cè)熔化程度，注意起弧和收弧質(zhì)量。各焊道及焊層之間的收弧和引弧處應(yīng)錯(cuò)開一定距離，每一焊層都應(yīng)仔細(xì)檢查，確認(rèn)無缺陷后再焊下一層。在焊接過程中要注意層間溫度不低于預(yù)熱溫度，一般控制在200-250℃左右，在保證質(zhì)量的前提下采用小電流快速焊接，這樣比較容易控制層間溫度?？刂茖娱g溫度也是為了降低冷卻速度，并可使擴(kuò)散氫逸出，有利于防止焊接區(qū)產(chǎn)生裂紋。因?yàn)榇颂幨蔷植亢秆a(bǔ)，為了減少焊接應(yīng)力的產(chǎn)生，每焊完一道后要趁熱用錐形小錘錘擊焊縫，降低焊接應(yīng)力。在焊完一道焊縫之前，要嚴(yán)格清除焊道表面的缺陷，并磨出金屬光澤，確保無內(nèi)部缺陷如內(nèi)部氣孔、夾渣(鎢)、未熔合、內(nèi)部裂紋等，外部無咬邊、表面氣孔、凹坑、焊縫尺寸不符合要求、表面裂紋等。焊補(bǔ)后修磨焊縫使余高符合要求，以免因應(yīng)力集中引起裂紋。

四、焊后熱處理

焊后應(yīng)立即用氣焊火焰對(duì)返修部位進(jìn)行焊后熱處理。焊后熱處理就是焊后為了改善焊接接頭的性能和消除殘余應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理。對(duì)于低合金結(jié)構(gòu)鋼加熱溫度應(yīng)控制在680～720℃左右。這樣改善了焊接接頭的組織和性能，消除或顯著減少焊接接頭中擴(kuò)散氫含量，使擴(kuò)散氫隨溫度提高不斷增大擴(kuò)散速度而向外逸出，減少焊接殘余應(yīng)力，防止產(chǎn)生延遲裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋，保證焊件的精確尺寸。在進(jìn)行焊后熱處理后，用硅酸鋁毯對(duì)此處進(jìn)行保溫，緩冷1～2小時(shí)后，經(jīng)檢查焊補(bǔ)一次性合格，批準(zhǔn)投入運(yùn)行。

五、焊后避免的缺陷

通過焊前的一系列準(zhǔn)備工作，控制了裂紋延伸，控制了氫的來源，預(yù)熱防止冷裂紋的產(chǎn)生；焊接中注意了層間溫度及應(yīng)力產(chǎn)生，控制內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生和缺陷清除；焊后熱處理改善了焊接接頭的性能和消除殘余應(yīng)力。從內(nèi)部到外部表面質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期效果，焊補(bǔ)一次性成功。

六、效益分析

這次焊補(bǔ)是在熱電廠壓負(fù)荷停止供給用汽單位供汽的情況下進(jìn)行的。修理時(shí)間長(zhǎng)短、質(zhì)量好壞直接關(guān)系到設(shè)備安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)效益。按照預(yù)定時(shí)間提前2小時(shí)完成，由于提前供汽，用汽單位及時(shí)投運(yùn)，經(jīng)使用一段時(shí)間后設(shè)備完全正常。由此產(chǎn)生的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)幾百萬元。由此可見，對(duì)壓力容器裂紋等缺陷采用適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)處理措施，達(dá)到設(shè)計(jì)和使用性能要求，會(huì)帶來較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]《鍋爐壓力容器焊工》培訓(xùn)教材.北京科學(xué)技術(shù)出版社出版.

[2]《焊接技師》培訓(xùn).機(jī)械出版社.

（責(zé)編 張 宇）