卞衛(wèi)國(guó)，林桂賢，李永紅，張建曉

（蘭州蘭石重型裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 前言

催化裝置用油漿蒸汽發(fā)生器，換熱管材質(zhì)為0Cr18Ni9，規(guī)格 φ25 mm×2.5 mm、φ25 mm×2 mm；管板材質(zhì)為15CrMoⅣ+(309L+308L)堆焊層，管板厚度δ=336 mm，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)換熱管出現(xiàn)泄漏（見(jiàn)圖2），管板局部有裂紋（見(jiàn)圖3），為了保證漿蒸汽發(fā)生器的安全使用，煉油廠委托蘭州蘭石重型裝備股份有限公司對(duì)該臺(tái)設(shè)備進(jìn)行修復(fù)，使其投入正常使用，根據(jù)在役壓力容器修復(fù)原則和設(shè)備實(shí)際狀況，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了修復(fù)。

由于換熱管與管板材質(zhì)均為奧氏體不銹鋼，焊接時(shí)易產(chǎn)生熱裂紋，為確定合理的修復(fù)方案，對(duì)奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)做了進(jìn)一步分析。

圖1 油漿蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

1 奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)

（1）焊接熱裂紋。奧氏體不銹鋼熱傳導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，焊接過(guò)程中，焊接接頭部位在高溫停留時(shí)間較長(zhǎng)，焊縫易形成粗大的柱狀晶組織，凝固結(jié)晶時(shí)，若硫、磷、錫、銻、鈮等雜質(zhì)元素含量較高，就會(huì)在晶間形成低熔點(diǎn)共晶，當(dāng)焊接接頭承受較高的拉應(yīng)力時(shí)，導(dǎo)致在焊縫中形成凝固裂紋、熱影響區(qū)形成液化裂紋，都屬于焊接熱裂紋。

圖2 換熱管頭開裂

圖3 管板局部開裂

（2）焊接變形與收縮。奧氏體型不銹鋼的電阻是碳鋼的5倍，在同樣的焊接電流、電弧電壓條件下的熱輸入要多；熱導(dǎo)率低，約為碳鋼的1/3，導(dǎo)致熱量傳遞速度緩慢，熱變形增大；線膨脹系數(shù)比碳鋼大約40%，易引起加熱時(shí)熱膨脹量和冷卻時(shí)收縮量的增加，焊后的變形量顯得更加突出。

2 奧氏體不銹鋼焊接要點(diǎn)

（1）為避免焊接時(shí)產(chǎn)生較大的變形和焊接應(yīng)力，應(yīng)選用焊接能量集中的焊接方法。

（2）應(yīng)嚴(yán)格控制焊接熱輸入量，防止焊縫晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大與焊接熱裂紋的發(fā)生。

（3）為提高焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能，應(yīng)保證焊接區(qū)的清潔，避免有害元素滲入焊縫。

（4）奧氏體不銹鋼焊接時(shí)不需要預(yù)熱。為了防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大和碳化物的析出，保證焊接接頭的塑、韌性和耐蝕姓，層間溫度一般不超過(guò)100℃。

3 油漿蒸汽發(fā)生器換熱管、管板的修復(fù)方案的制定

結(jié)合奧氏體不銹鋼焊接的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工條件和缺陷的情況，決定采用手工鎢極氬弧焊對(duì)管板進(jìn)行修復(fù)，具體修復(fù)方案如下：

缺陷位置確定→裂紋清除→表面探傷確認(rèn)→管板修整→管板消氫預(yù)熱→焊接→焊后保溫消氫→焊縫區(qū)打磨修復(fù)→無(wú)損檢測(cè)→水壓試驗(yàn)→各項(xiàng)記錄整理歸檔。

（1）缺陷位置確認(rèn)。對(duì)整個(gè)管板及周圍區(qū)域進(jìn)行MT和PT檢查，并對(duì)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行硬度檢測(cè)，確認(rèn)泄漏的換熱管、管板裂紋缺陷位置并標(biāo)識(shí)清楚。

（2）裂紋清除。對(duì)管板上的裂紋，采用磨削的方法去除。

（3）在清理過(guò)程中要注意以下問(wèn)題。在所有的磨削工作完成后，磨削后的管板表面須用MT徹底檢查，確認(rèn)裂紋全部消除后方可進(jìn)行下一步工作。

（4）管板的修整。管橋處的裂紋在磨削時(shí)將管橋處磨削成U型。

（5）管板清理。施焊前打磨清理管板上的鐵銹及污物。

（6）管板消氫。由于該設(shè)備已經(jīng)使用，所以將缺陷消除后，需將管板用電加熱片加熱至300℃并保溫1 h，進(jìn)行消氫處理，以確保本次返修一次合格。

（7）焊接。

a.焊接工藝評(píng)定：修復(fù)時(shí)應(yīng)具備手工鎢極氬弧焊對(duì)接、管板角接工藝評(píng)定各一項(xiàng)。b.焊接方法：手工鎢極氬弧焊；c.電源及極性：直流正接；d.焊接位置：水平固定；e.焊工資格：持有相應(yīng)資格的熟練焊接操作人員擔(dān)任；f.焊接材料：ER308L焊絲，規(guī)格φ2.0 mm；g.焊接參數(shù)：焊接電流 110～130 A，焊接電壓13～15 V，焊接速度大于90 mm/min；h.層間溫度控制在15～100℃。

（8）焊縫區(qū)打磨修復(fù)。焊縫區(qū)應(yīng)與管孔及管板過(guò)渡良好。

（9）無(wú)損檢測(cè)。對(duì)返修處進(jìn)行PT檢查合格。

（10）水壓試驗(yàn)。

（11）整理各項(xiàng)記錄存檔。

4 產(chǎn)品修復(fù)

依據(jù)管板焊接修復(fù)方案，對(duì)奧氏體不銹鋼手工鎢極氬弧焊對(duì)接、管板角接兩項(xiàng)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定，檢測(cè)結(jié)果均滿足要求，所選用的焊接工藝以及焊接材料正確合理；模擬實(shí)際工況，對(duì)焊接操作人員進(jìn)行了培訓(xùn)考核；對(duì)打磨、無(wú)損檢測(cè)和熱處理操作人員也進(jìn)行了修復(fù)前的講解。按修復(fù)工藝對(duì)管板打磨、修整、焊接、無(wú)損檢測(cè)（見(jiàn)圖4），水壓試驗(yàn)一次合格。該設(shè)備修復(fù)后，投入使用已一年多，運(yùn)行狀態(tài)良好。

圖4 對(duì)修復(fù)部位進(jìn)行最終檢測(cè)

5 結(jié)論

結(jié)合奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工條件和缺陷的情況，制定了管板修復(fù)方案，采用手工鎢極氬弧焊對(duì)管板進(jìn)行了修復(fù)，實(shí)踐證明，所制定的管板修復(fù)方案可靠，選用的焊接方法、焊接材料、焊接工藝規(guī)范正確合理。

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)2——材料的焊接 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]林桂賢，逯來(lái)俊，楊 帆等.甲醇裝置用廢熱鍋爐管板的修復(fù)[J].電焊機(jī)，2011，41（12）：65-68.

[3]易國(guó)英.臨氫高壓換熱器用Ω環(huán)的焊接[J].電焊機(jī)，2011，41（9）：50-52.