减温减压器环焊缝处裂纹的返修焊接工艺

潘学颖（甘肃省高台县职业中专734300）

减温减压器环焊缝处裂纹的返修焊接工艺

潘学颖（甘肃省高台县职业中专734300）

随着我国现代化工业的迅速发展，压力容器在工业生产中发挥着极其重要的作用，压力容器的制造质量和使用中操作工艺的好坏，关系到职工的生命和健康以及环境、经济等问题。海化集团热电厂一台450/220℃，4.2/1.9MPa减温减压器（主管规格：φ529*14，材质15CrMo），在使用过程中，在入口环焊缝局部出现了一条长约80mm，宽约0.2-0.6mm的裂纹。

减温减压器裂纹焊补

压力容器不仅是工业生产中的常用设备，同时也是比较容易发生事故的特殊设备，它的设计、制造、安装、检验、使用、维修等对安全运行十分重要。

一、裂纹的原因及分析

由于减温减压器长期处于冷热交替状态，有时金属在高温下过热会产生裂纹，有时虽然金属温度不太高，但在长期温度反复变化的情况下也会产生热疲劳裂纹，而且由于存在原焊缝熔化区，化学不均匀引起的组织不均匀或因快速冷却产生的淬硬组织，则在此应力的作用下开裂。我们还分析到此压力容器在制造时可能存在硬伤，过大的焊接残余应力或材料和结构不当，形成几何不连续应力带来的隐患。经过长期压力、温度引起的动脉应力反复作用，或不正常超压，超容量放空过猛，形成温差超载应力，形成应力产生裂纹。于是和甲方专工商量用X射线探伤来检查裂纹的内部缺陷情况，如位置、长短、大小、深度等。经过分析X光片，并根据检验部门的检验报告单上所提供的数据，我方和甲方专工共同分析出缺陷产生原因。由我方制定返修焊补方案。经过有关焊接专业工程师以至总工程师审查后批准了我方的返修焊补方案。

二、焊前准备

（一）裂纹的清理

首先清除裂纹附近的氧化皮、油漆、污物。由于该容器的材料为15CrMo。根据探伤检验报告单上所提供的缺陷位置及长短、宽窄、深度等，决定开V型坡口而且一次成型。在裂纹的延伸方向上，在裂纹末端各钻一个直径为6mm的止裂小孔，深度钻透。由于裂纹所处位置的接头厚度尺寸刚性大，为避免热应力的产生和组织性能的变化，要用冷加工机械法消除裂纹。现场采用角向磨光机磨削出坡口，检查裂纹确已消除，并将坡口周围30mm范围磨出金属光泽，消除表面氢的来源，达到预期的目的，为下一步施焊做好准备。

（二）焊接材料的选择

因为容器材质为低合金结构钢。为保证焊接接头的热强性宜选用低氢型焊条，以保证焊缝金属的抗裂性和塑性，焊缝的化学成分与母材相近，故选用R307焊条。这种焊条优点是焊缝金属机械性能好，特别是冲击韧性高，抗冷裂纹能力高，药皮氧化性差，合金元素烧损少。电焊机为直流反接。为防止冷裂纹的产生并严格控制氢的来源，焊条在焊前按规定严格烘干，烘干温度为350-400℃，烘干1-2小时，烘干后的焊条放入100℃左右的保温箱内随用随取，防止重新吸潮，从各个工序上严格把关，确保焊材无问题。

（三）焊前预热

焊前预热时防止冷裂纹产生的有效措施。防止冷裂纹主要从降低扩散氢含量、改善组织和降低焊接应力等方面采取措施，在施工现场采取气焊火焰进行焊前预热。预热温度一般在200-250℃左右，用测温仪进行现场测温。预热位置应预热到缺陷后的坡口每侧不小于80mm，裂纹的延长方向每端不小于20mm。这时焊补裂纹时必须特别注意防止焊接处由于冷却收缩所产生的应力带来的后果，如在返修处及附近不产生细小裂纹等，故采取预热的方法来预防。

三、焊接工艺

采用氩弧焊打底，电焊填充盖面的多层多道焊方法。整个过程，一气呵成。焊接设备采用弧焊逆变焊机，型号为ZX7-400型，采用直流正接法。焊丝选用H13CrMoA，焊丝焊前要除锈、水分等杂质。焊接工艺参数如下表：（见附表）

焊前我们用帆布及钢筋搭了一个临时挡风棚。焊前准备工作就绪后，开始施焊。引弧前首先打开氩气阀门，送气3～5分钟，气流稳定后即可引弧，对坡口两侧加热2-3秒后，看母材出现“出汗”现象即可填丝开始焊接。焊枪、喷嘴与管子经向夹角在5-15°左右，控制坡口两侧融化均匀，尽可能快速焊，填充金属减薄，灭弧前连续送进2-3滴填充金属，以防止缩孔，并且应将电弧移向坡口一侧，然后熄弧，并作送气延时。打底焊好以后，电焊填充盖面，刻不容缓。焊接设备采用弧焊逆变焊机，型号为ZX7-400型，采用直流反接。焊接工艺参数见下表：

附表

第二层填充给底层起到一个预热作用，在焊接时注意观察熔池及坡口两侧熔化程度，注意起弧和收弧质量。各焊道及焊层之间的收弧和引弧处应错开一定距离，每一焊层都应仔细检查，确认无缺陷后再焊下一层。在焊接过程中要注意层间温度不低于预热温度，一般控制在200-250℃左右，在保证质量的前提下采用小电流快速焊接，这样比较容易控制层间温度。控制层间温度也是为了降低冷却速度，并可使扩散氢逸出，有利于防止焊接区产生裂纹。因为此处是局部焊补，为了减少焊接应力的产生，每焊完一道后要趁热用锥形小锤锤击焊缝，降低焊接应力。在焊完一道焊缝之前，要严格清除焊道表面的缺陷，并磨出金属光泽，确保无内部缺陷如内部气孔、夹渣(钨)、未熔合、内部裂纹等，外部无咬边、表面气孔、凹坑、焊缝尺寸不符合要求、表面裂纹等。焊补后修磨焊缝使余高符合要求，以免因应力集中引起裂纹。

四、焊后热处理

焊后应立即用气焊火焰对返修部位进行焊后热处理。焊后热处理就是焊后为了改善焊接接头的性能和消除残余应力而进行的热处理。对于低合金结构钢加热温度应控制在680～720℃左右。这样改善了焊接接头的组织和性能，消除或显著减少焊接接头中扩散氢含量，使扩散氢随温度提高不断增大扩散速度而向外逸出，减少焊接残余应力，防止产生延迟裂纹、应力腐蚀裂纹，保证焊件的精确尺寸。在进行焊后热处理后，用硅酸铝毯对此处进行保温，缓冷1～2小时后，经检查焊补一次性合格，批准投入运行。

五、焊后避免的缺陷

通过焊前的一系列准备工作，控制了裂纹延伸，控制了氢的来源，预热防止冷裂纹的产生；焊接中注意了层间温度及应力产生，控制内部缺陷的产生和缺陷清除；焊后热处理改善了焊接接头的性能和消除残余应力。从内部到外部表面质量达到了预期效果，焊补一次性成功。

六、效益分析

这次焊补是在热电厂压负荷停止供给用汽单位供汽的情况下进行的。修理时间长短、质量好坏直接关系到设备安全运行及经济效益。按照预定时间提前2小时完成，由于提前供汽，用汽单位及时投运，经使用一段时间后设备完全正常。由此产生的直接和间接经济效益达几百万元。由此可见，对压力容器裂纹等缺陷采用适当的修补处理措施，达到设计和使用性能要求，会带来较好的社会和经济效益。

[1]《锅炉压力容器焊工》培训教材.北京科学技术出版社出版.

[2]《焊接技师》培训.机械出版社.

（责编 张 宇）