022Cr17Ni12Mo2 钢制水灰流量检测器焊接修复工艺*

叱培洲， 刘林宇， 曹田龙

（1. 陕西铁路工程职业技术学院铁道装备制造学院， 陕西 渭南714000； 2. 蒲城清洁能源化工有限责任公司， 陕西 渭南715500； 3. 西北电建一公司， 陕西 渭南714000）

0 前 言

022Cr17Ni12Mo2 钢属于含钼类奥氏体不锈钢， 也称316L 钢， 性能优于310 和304 不 锈钢， 具有良好的焊接性[1-7]、 耐热性和耐氯化物侵蚀性， 其焊接结构件已经广泛应用于电力、石油、 化工等领域用压力容器、 储罐和管道的高压、 高温、 耐磨、 耐腐蚀冲刷等设备[8-11]。022Cr17Ni12Mo2 钢制水灰流量检测器装置长期服役于化工企业汽化炉水灰管路系统， 用于管路水灰流量检测控制， 工作过程伴有磨损、 涡流冲蚀和腐蚀等复杂作用， 长时间服役会造成水灰流量检测装置内部结构的破坏， 影响水灰流量检测的准确性。 对于此类工程问题， 需尽早解决， 避免汽化炉管路系统出现泄漏甚至爆炸事故的发生[12-14]。

解决流量检测装置损坏的措施主要有两种，即更换整套检测装置或针对问题部位进行焊接修复。 修复小组成员在对022Cr17Ni12Mo2 钢制水灰流量检测器装置内部结构、 工作状态和022Cr17Ni12Mo2 钢的焊接修补可行性方案进行深入探讨和研究后， 决定采用较为经济的焊接修复法解决此问题[15-16]。 基本步骤和方法为： ①采用超声波探伤仪和测厚仪确定检测器装置内部问题和准确位置； ②采用线切割方法对装置进行合理剖切， 将问题部位完全暴露出来， 采用适当方法进行处理和焊接修复； ③修复完成后， 对修复部位的堆焊区域进行光整处理， 并采用渗透检验、 射线探伤等方法进行焊后质量检验； ④所有检测均满足技术条件指标要求后， 将流量检测器装置进行环焊连接恢复， 焊接完成后对环焊缝进行射线探伤和硬度检测； ⑤质量合格后外委对管道内壁进行整体耐磨层喷涂， 保证该装置的整体修复质量和使用要求； ⑥在满足技术条件指标要求后安装至系统上试运行， 待该流量检测装置正常工作， 稳定运行且无其他问题出现，交付使用。

1 工作条件及问题分析

022Cr17Ni12Mo2 钢制水灰流量检测器在汽化炉管路系统中的实际工作条件见表1。 由表1可知， 该流量检测装置服役环境复杂苛刻， 主要受高温、 高压、 冲蚀磨损等综合作用， 在此工作条件下长时间服役， 出现了流量检测值的较大波动和错报现象。 为此， 采用超声波探伤方法确定了流量检测器装置内部出现的腐蚀冲刷， 并准确定位。 修复时， 采用线切割方法从临近问题部位将装置管路横向切断， 将问题部位完全暴露出来。

表1 022Cr17Ni12Mo2（316L） 钢制水灰流量检测器装置的工作条件

022Cr17Ni12Mo2 钢制水灰流量检测器装置工作管路系统及问题部位具体情况如图1 所示。由图1 （b） 可知， 该流量检测器装置内部问题主要为高温、 高压水灰长时间冲蚀磨损作用下造成的冲蚀坑缺陷， 位于管道内壁和挡板结合部位， 两处发生严重冲蚀磨损， 冲蚀磨损坑最大深度为8 mm。 这不但对流量检测装置的正常工作产生了严重影响， 而且还存在破损泄漏的危险。

图1 022Cr17Ni12Mo2 钢制水灰流量检测器装置工作管路系统及问题部位的冲蚀坑形貌

2 缺陷修补方法和工艺

2.1 修复方法

冲蚀磨损坑的修复和管路环焊打底焊采用钨极氩弧焊 （TIG） 焊接， 管路环焊缝的填充、 盖面焊采用手工电弧焊焊接。 环焊缝焊接过程中，管路内部采用自制密封气室充氩气保护， 防止焊缝金属在焊接热循环作用下发生氧化， 烧损合金元素， 影响焊缝组织成分、 力学性能和质量。 具体焊接参数见表2 和表3。 手工电弧焊第一道填充焊， 熔覆金属层厚度控制在3 mm 以下， 层间温度控制在200 ℃以下； 其他焊层层间温度控制在300 ℃以下， 防止层间温度过高， 在敏化温度区间450～800 ℃停留时间过长， 引起晶界附近贫铬降低焊缝的抗晶间腐蚀能力。 焊缝外观质量按照国家标准要求进行自检。

表2 钨极氩弧焊焊接工艺参数

表3 手工电弧焊焊接工艺参数

2.2 修复工艺要求

整个焊接修复过程涵盖了国际标准质量管理体系中人、 机、 料、 法、 环五大因素。

（1） 人员组成： 焊接工程师以上资格1 人；工业锅炉安装技师以上资格1 人； 锅炉压力容器焊工技师以上资格1 人 （持Ⅳ类钢材焊接许可证）； 无损检测技术人员1 人； 其他人员若干。

（2） 设备条件： 线切割设备； 坡口加工设备； ZX7－400 逆变直流电焊机； 打磨抛光设备；渗透探伤剂Y－HS； 射线探伤设备型号XXG－3005T； 硬度仪TH110 型， 其他工器具辅助设备按标准及需求选择。

（3） 材料情况： 手工电弧焊焊条牌号CHS022，规 格Φ2.5 mm、 Φ3.2 mm； 氩 弧 焊 焊 丝 牌 号CHG－316L， 规格Φ2.4 mm； 保护气体为纯氩气，纯度≥99.95%； 其他耗材按标准及需求选择。

（4） 主要方法及程序： 线切割、 缺陷打磨抛光处理、 管道坡口加工、 冲蚀坑缺陷的TIG 修复、 渗透探伤检验、 修复部位打磨抛光处理、 管道焊口焊接（手工钨极氩弧焊打底、 手工电弧焊填充盖面）、 射线探伤和硬度检验、 管道内壁修复部位喷涂耐磨层、 安装使用。

（5） 环境因素： 实施过程注意按照国家标准进行污染物、 废弃物处理排放。 焊接环境应有除尘通风设备， 电源及各类设备应检验合格， 需要定期检验的设备及计量工具需有检验合格标志。

3 修复过程及效果

3.1 修复过程

修复过程包括焊前准备、 焊接修复、 焊后检验及喷涂加强。

3.1.1 焊前准备

对缺陷部位进行挖除打磨， 清理缺陷部位的腐蚀产物以及油污等杂质， 缺陷部位磨制成圆滑过渡， 方便焊接修复； 采用坡口加工设备加工管道焊口， 将坡口面及周围20 mm 内修磨出金属光泽， 缺陷修复完成后将进行管道焊接， 恢复设备原状； 检查水、 电、 气路是否畅通， 设备及附件应状态良好。

3.1.2 缺陷焊接修复

采用钨极氩弧焊方法， 焊接过程中焊丝不能与钨极接触， 防止造成焊缝夹钨和破坏电弧稳定， 焊丝端部不得脱离保护区， 以避免氧化， 影响质量； 焊接时钨极端部离焊件距离2 mm 左右， 焊丝要送到电弧的前端， 利用电弧的高温将焊丝熔化， 焊丝均匀地送进熔池向前施焊。 焊接过程控制小线能量， 控制层间温度， 防止在敏化区间过多停留， 保证焊缝金属金相组织成分。

3.1.3 焊后检验及喷涂

采用XXG－3005T 射线探伤设备， 对管道环焊缝进行X 光射线探伤检测， 经检验， 对接环焊缝为I 级片， 无裂纹、 气孔、 夹杂、 未熔合等缺陷。

采用便携式里氏硬度仪TH110 对环焊缝熔覆金属区、 热影响区表面随机检测3 处硬度， 检测结果见表4。 由表4 可见， 焊缝及热影响区里氏硬度值基本相当， 热影响区略高于焊缝区。

为保证管路内壁修补处及环焊缝处具有较好耐冲蚀性能， 环焊缝经渗透、 射线、 硬度等系列检测， 质量完全符合预期要求后外委进行内壁整体耐磨层喷涂。 耐磨层喷涂使用进口45CT 电弧喷涂丝， 采用高性能超音速电弧喷涂方法进行喷涂。

图2 修复过程及效果

表4 环焊缝熔覆金属区及热影响区表面硬度（HL）

3.2 修复效果

修复过程及效果如图2 所示。 由图2 （c）可以观察到， 冲蚀磨损坑焊接修复效果显著， 冲蚀坑完全被填满， 经表面光整处理后进行着色渗透探伤检测， 修补表面未发现开口缺陷， 修补表面质量合格。 图2 （d） 给出了管路内部环焊缝外观形貌， 整体看， 环焊打底焊焊接质量可靠，余高控制均匀， 平均高度＜2 mm。

4 结束语

022Cr17Ni12Mo2 钢是工业应用非常广泛的奥氏体不锈钢， 在化工行业及其生产企业中该钢材应用于各类高温高压、 耐磨、 耐蚀等设备中， 因此对质量要求较高， 焊接工艺复杂。 在企业的定期维护检修中发现运行生产过程中产生的磨损、冲刷、 腐蚀等缺陷普遍存在， 由于设备昂贵， 对该类钢材制造的各种类型设备的焊接修复具有重要意义和经济价值。 由于不同系统设备产生的缺陷原因不同， 需根据设备实际工况和使用要求进行细致分析并进行焊接研究， 制定出合理的焊接修复工艺措施。 本研究主要从加强焊缝耐磨性及焊接修复工艺控制过程进行试验、 分析、 总结， 通过制定合理的焊接修复工艺完成设备的焊接修复工作， 并通过各类检测方法检验焊接修复的质量， 确认该焊接修复工艺的合理性和可行性， 由此解决化工企业同类型钢材生产运行过程中产生的各种缺陷。