裂解炉辐射炉管焊缝返修工艺

2014-12-14石广湖

金属加工(热加工) 2014年16期

石广湖

2007年5月份，在某项目8×15万t/a乙烯裂解炉施工中发现，到货的辐射炉管焊缝存在大面积裂纹等缺陷。当时的具体情况为，在对CAF1和CAF2炉炉管焊缝进行5%RT抽检时，发现炉管焊缝存在质量问题，抽检的32道口共有：1道口有裂纹，3道口有条渣、未熔合等缺陷，按JB4730—2005评片为Ⅳ级。后面对其他炉子的炉管进行射线检测，发现总计有辐射炉管136道存在需要返修的缺陷。经查原制造厂无损检测底片，并与现场无损检测底片相对比后得出结论，此裂纹为焊接过程中产生的热裂纹，当时无损检测人员在评片过程中漏判。

按规范要求，此部分炉管应返回制造厂或者由制造厂到现场来进行返修，因施工周期有限和实际情况，制造厂委托我公司对此管焊缝进行修复。本文以此次高铬镍焊缝返修为例，全面介绍高铬镍辐射炉管焊接及返修的相关问题。

1.材质说明

裂解炉炉管材质分别是X40NiCrSiNb35—25和X45NiCrSiNb45—35，两种材料是耐高温、抗氧化和抗渗碳的特种合金，富含有Al、Ti、Ni、Nb等合金，母材的化学成分和力学性能分别如表1、表2所示。

从表1看出，该种材料焊接时主要考虑焊缝的高温耐热强度，因为该种材料化学成分中的Ni含量较高，主要是为了提高材料的耐高温性能，同时在焊接过程中Si可以起到一定润湿焊缝熔融金属的作用。

2.返修工艺

（1）焊接方法为了避免X40NiCrSiNb35—25和X45NiCrSiNb45—35在焊接过程中出现热裂纹，应采用热输入相对集中且较小的钨极氩弧焊的焊接方法。

（2）焊接材料的选用在特殊材料的焊接施工中选用正确合适的焊接材料极为重要，焊接材料应保证熔敷金属的C、Cr、Ni、Co、Mo、W及Nb等含量分别与母材成分相当。X40NiCrSiNb35—25焊接选用25.35Nb TIG，X45NiCrSiNb45—35的焊接选用35.45Nb TIG。

（3）焊接工艺制定从X40NiCrSiNb35—25和X45NiCrSiNb45—35材料的焊接性分析可知，该种材料的焊接过程中主要存在以下问题。因此，在制定焊接工艺时应考虑如何解决这些问题。

第一，焊接热裂纹问题。解决办法：一是严格控制有害杂质，尽量选用S、P含量相对较少的焊接材料。同时在焊接前彻底清理坡口，必要时可采用丙酮清洗坡口两侧，以防油污、杂质等熔入焊缝金属，引起热裂纹；二是应尽量减小焊缝过热，避免形成粗大的柱状晶，焊接时应采用小的热输入和小截面焊道，采用多道焊接，严格控制层间温度在100℃以下，以防止焊缝及热影响区晶界组织成分增大，造成焊接接头的高温韧性下降。

表1 化学成分（质量分数）（%）

表2

第二，化学成分偏析问题。产生原因：一是X40NiCrSiNb35—25和X45NiCrSiNb45—35含碳量高；二是为了提高炉管的抗氧化性能，在材料中加入较多的Si元素。由于Si元素含量的提高，使焊接时极易造成化学成分偏析，从而产生焊接热裂纹。

解决办法：采取合理的焊接工艺，控制焊接热输入，同时应提高焊接的合格率，减少焊缝的返修，避免焊缝金属二次过热，从而降低焊缝化学成分的偏析程度。在焊接施工中，必须首先确定焊缝缺陷的具体位置，清除缺陷时要尽可能减小开口面积。开口面积越大，补焊热影响区越大，产生热裂纹的倾向就越大；反之亦然。补焊缺陷时应采用小电流，快速焊。

第三，母材的微裂纹。应尽量采用坡口机加工，避免等离子切割时母材受热产生缺陷。组对焊接前，必须对坡口认真清理，并进行严格的外观和渗透检查，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷。氩弧焊完成后，待焊缝冷却至室温后，做渗透检查，其他焊层之间应进行目视检查，认真清理层间焊道。焊接完成后，还应对焊缝母材及热影响区进行渗透检测，确认无裂纹为合格。

（4）具体返修焊接工艺第一，需要返修部位在整个管排的下部（焊口号1～24），具体如图1所示。修磨时在U型弯管下部垫上支撑物并对进出口直管上的夹具进行检查，确保在返修时炉管不会产生相对位移。管束间距约为80mm，需要将下部的固定支撑拆卸，用小方木将管束向左右各撑开50mm，这样间距达到180mm，可以满足砂轮修磨和焊接操作。由于焊接部位距上面固定部位约10m，一侧撑开50mm，炉管变形率约0.5%，在弹性变形范围内，所以不会对管子本身造成影响。如果缺陷不在管束内侧，则不用将管束撑开。

第二，根据底片所示缺陷部位，准确定位缺陷位置，用砂轮打磨，直至将缺陷清除干净，然后做PT检测，确认无缺陷后进行焊接修补。如果缺陷为裂纹，为防止裂纹扩展，打磨时要从距离裂纹的两侧各20mm处开始向裂纹中间进行，如图2所示。