离子膜电解系统循环碱液管焊缝裂纹的修补

麻忠勤，江泳

(1.浙江巨化检安石化工程有限公司，浙江 衢州 324004；2.浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004)

目前氯碱工业广泛采用离子膜电解法生产烧碱，即利用电解氯化钠水溶液来制备氯气、氢气和32%(质量分数，下同)的烧碱。

浙江巨化股份有限公司电化厂49万t/a离子膜烧碱装置采用的是高电流密度膜极距离子膜电解槽，阴极系统碱液循环总管选用DN350的310S不锈钢管,运行时管道内循环碱质量分数为32%左右，温度约为80 ℃。

310S不锈钢是耐热性不锈钢之一，它具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性，广泛应用于离子膜电解的烧碱管道，并具有较好的使用效果。但是该材料焊接工艺要求高，一旦母材和填充材料结合不彻底、焊接工艺不当，再加上管道内为腐蚀介质、存在残余应力时，会导致焊接裂纹严重缺陷，从而产生泄漏，影响安全生产。因此，焊缝裂纹的修理技术就成为一种重要的处理手段。

1 310S不锈钢的适用性[1]

310S不锈钢主要的合金元素是Cr(25%)、Ni(19%)、Mn(2%)和Si(1%),质量可靠的310S不锈钢管能有效地应用于离子膜电解槽的高浓度烧碱环境。为确保其使用效果，应对采购的材料进行复检以确保其质量合格;另外,在存放材料时，为避免碳钢、铜、低熔点金属或其他杂质对其污染，应予以分开存放。在多年的310S碱管使用过程中，未发生过管道本身腐蚀渗漏的情况，渗漏点均为焊缝位置，如角焊缝、对接焊缝，特别是管道开孔三通焊缝位置，泄漏情况尤为突出，建议在有条件的情况下使用成型定制三通。

2 310S不锈钢焊缝裂纹的修补

(1)把310S不锈钢烧碱管道渗漏点的碱包(如图1所示)清理干净，用磨光机打磨表面，至露出金属本色后，用清洗剂清洗干净。

图1 310S不锈钢烧碱管道的渗漏点Fig.1 Leakage points on 310S stainless steel caustic soda tube

(2)用着色探伤的方式找到焊缝裂纹位置(如图2所示)。

图2 310S不锈钢烧碱管道的焊缝裂纹Fig.2 Weld seam crack on 310S stainless steel caustic soda tube

(3)在裂纹两端10 mm位置用Φ6钻头打止裂孔防止裂纹扩展，用角磨机磨出V形坡口槽，坡口角度65°～70°，间隙2 mm，钝边2 mm。

(4)焊机选用WSM-400逆变氩弧焊机，焊丝选用ER310(Φ2.0)，对接焊缝电流控制在130～140 A，角焊缝电流控制在180～200 A。

(5)310S不锈钢属于耐热奥氏体不锈钢，焊接这类钢材本身容易出现焊接高温(热)裂纹，特别是接触高温浓碱后会产生碱脆，因此选用全氩焊接工艺。氩弧焊的电弧燃烧稳定，热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小[2]。

(6)对接焊缝必须提供气体保护，保护气体为纯度99.9%(体积分数)的氩气。焊接前，要对焊缝背面的氧含量进行检测，满足工艺要求后方可开始焊接。

(7)焊接时，要集中精力观察每个熔池的情况，旧材料因长期与高浓度烧碱接触，成分会发生一些未知改变。若情况较为严重，焊接点会产生大量气孔(如图3所示)。出现这种情况时，无法通过打磨和清洗解决，应停止焊接，更换新材料。

图3 310S不锈钢烧碱管道焊接点处的气泡Fig.3 Bubbles in welded point of 310S stainless steel caustic soda tube

(8)焊接完成后，进行着色探伤检查，无缺陷后完成修补。

3 结语

从310S材料在高温、高浓度烧碱工况的实际使用情况看，严格按照焊接施工程序操作，能有效处理310S管道焊缝出现的裂纹渗漏，但仅限于没有替换新材料条件下的临时修理。如果有备件，应更换新的310S材料。310S材料焊接工艺要求较高，对于旧管焊缝渗漏修复，如果焊接条件不具备，建议采用贴补的形式，漏点处理的成功率更高。