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        制氫裝置轉化爐冷壁集合管與變徑接頭的焊接

        2013-04-02 12:05:38吳國良南京汽輪電機集團泰興寧興機械有限公司江蘇泰興225442
        化工管理 2013年10期
        關鍵詞:裂紋

        吳國良 (南京汽輪電機集團泰興寧興機械有限公司 江蘇 泰興 225442)

        一、前言

        本公司于2009年8月份與山東某石化集團有限公司簽訂兩臺2萬標立/小時制氫轉化爐冷壁分(總)集合管的制作合同。設備的設計壓力為2.8MPa,設計溫度為850/150(襯里/殼體),介質為轉化氣。轉化爐是制氫裝置轉化反應的反應器,屬于裝置的心臟設備。

        二、原材料要求

        該產品選材比較特殊,設備的分集合管殼體為Ф880X22材質為15CrMoR,與殼體相連接是靜態(tài)鑄造不銹鋼變徑接頭,其規(guī)格為Ф200X25材質為ZG12Ni32Cr20Nb。設備的分集合管殼體鋼板標準GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》按正火+回火狀態(tài)交貨,鋼板應做超聲波檢測,按JB/T4730.3-2005 I級合格。變徑接頭為靜態(tài)鑄造,鑄造合金應采用電弧爐或感應電爐冶煉。鑄件成型后的形狀和尺寸應符合圖樣的規(guī)定,鑄件的尺寸公差如無特殊要求時,應符合GB/T6414規(guī)定。鑄件內外表面應清理干凈。鑄件的內外表面不應有粘沙、夾渣、裂紋及機械傷痕等缺陷。若上述缺陷存在時,允許修磨,修磨處與未修磨部位應平滑過渡。鑄件的機械加余量除圖樣另有規(guī)定外,應符合GB/T6414中的I級精度規(guī)定。除圖樣另有規(guī)定外,焊接坡口及附近30mm區(qū)域內應進行機械加工,加工表面粗糙度Ra≤6.3μm。機械加工未注明的尺寸公差應符合GB/T1804-2000中的f級規(guī)定。坡口形狀和尺寸應符合圖樣的規(guī)定。其化學成份應符合表1的規(guī)定:

        表1 ZG12Ni32Cr20Nb化學化成分

        三、坡口制備

        根據圖樣要求在分集合管殼體(15CrMoR/δ22)上劃出各管口的位置線,采用火焰或等離子進行開孔,直徑為圖樣尺寸增加8mm。即開孔直徑增加8mm,主要考慮在其坡口表面要堆焊厚度為4mm的過渡層。采用不對稱K坡口,是基于減輕工人勞動強度及減少填充熔敷金屬而考慮。打磨坡口,使用坡口及其20mm范圍內顯露出金屬光澤。對坡口表面進行100%MT檢測,按JB/T4730.4-2005標準I級為合格。坡口加工見圖1

        四、過渡層堆焊

        分集合管殼體與變徑接頭之間的焊接頭為異種鋼的焊接結構,是Cr-Mo鋼與奧氏體不銹鋼之間的焊接,在Cr-Mo鋼側有形成裂紋的傾向。為了防止裂紋的產生,焊后必須進行熱處理。在熱處理過程中,由于異種材質的差異會引起不同的熱膨脹,有產生裂紋的傾向,對焊縫和變徑接頭均為不利。另外,對于高溫合金鑄鋼ZG12Ni32Cr20Nb材料,其組織相對疏松、晶粒粗大,在制造過程最怕的是焊接返修。一旦返修不當容易產生裂紋,且裂紋很容易擴展,返修哪兒哪兒就會出現放射性裂紋,最終會導致缺陷無法修復,只能將該鑄鋼報廢處理。為此在分集合管殼體開孔坡口上,用Ф2.4 ERNiCr-3焊絲,用鎢極氬弧焊堆焊4mm厚作為過渡層。焊前需對坡口100mm范圍進行預熱,預熱溫度為80~100℃。焊接時應小線能量的規(guī)范參數,焊道與焊道間應有一定的搭接量,一般為焊道寬度的1/3。每焊一層應其表面進行PT檢測,按JB/T4730.5-2005標準I級為合格。發(fā)現裂紋等缺陷時,應及時打磨,清除干凈后,方能進行下道焊縫的施焊。用角向砂輪打磨時不能用力過大,同一部位打磨時間不能過長,否則會破壞堆焊層的組織及性能。推薦采用合金磨頭進行打磨,用其進行打磨時不會使打磨處溫度過高,也不會破壞堆焊層的組織及性能。ERNiCr-3焊絲的化學成份見表2

        焊絲AWS/SFA5.14 ERNiCr-3化學成分如下:

        注:鎳基焊材在焊接時有奧氏體不銹鋼焊接相類似的的問題。例如有高的焊接熱裂紋敏感性,在弧坑易產生火口裂紋。在焊接時應采取合適的措施來避免上述缺陷的發(fā)生,一般情況下采用合理的裝配與焊接次序、選用較小的線能量、及時填弧坑等工藝措施對防止熱裂紋均是有益的。

        五、熱處理

        坡口堆焊層經檢測合格后,按照圖樣要求對分集合管殼體整體進行焊后熱處理。焊件進行爐時爐內溫度不得高于400℃。焊件升溫至400℃后,加熱區(qū)升溫速度不得超過6500/δPWHT℃/h,且不得超過260℃/h,一般情況下不低于50℃/h。升溫時,加熱區(qū)內任意4600mm長度內的溫度差不得大于140℃。熱處理溫度為670±20℃,保溫時間應不小于1小時,保溫時,加熱區(qū)內最高與最低溫度之差不宜超過80℃。升溫及保溫時應控制加熱區(qū)氣氛,防止焊件表面過度氧化。爐溫高于400℃時,加熱區(qū)降溫速度不得超過7000/δPWHT℃/h,且不得超過280℃/h。焊件出爐時,爐溫不得高于400℃,出爐后應在靜止的空氣中自然冷卻。

        六、無損檢測

        熱處理出爐24h后,對坡口堆焊層按JB/T4730.5-2005標準進行100%PT檢測,合格級別為I級。如堆焊表面出現不允許缺陷時,應制定相應的返修方案,并及時處理存在缺陷。

        七、分集合管殼體與變徑段組裝及焊接

        將加工好的變徑段與分集合管殼體進行組裝點焊,按圖2要求進行組裝,應確保坡口的根部間隙不小于2.5mm。焊前需對坡口及兩側100mm范圍進行50~80℃的預熱。進行點焊,點焊的參數應比正常焊接的參數大10%左右。點焊的焊接方法采用手工氬弧焊的焊接方法,點焊長度不小于50mm。焊接時應采取背面氬保護,最好采用保護拖罩,這樣背面才能得到有效保護。焊接材料采用Ф2.4 ERNiCr-3焊絲。點焊結束后,應對結構尺寸進行檢驗,檢驗合格后應及時進行其它各層次的焊接工作。焊接過程采用多層多道小焊接線能量的焊接方法進行,這樣能避免焊接熱影響區(qū)出現淬硬組織,同時也消除了裂紋傾向。焊后應采用防火巖棉覆蓋,使其緩慢冷卻。

        特別注意的是各焊道接頭應錯開50mm,每一收弧接頭應有10mm搭接量。每層焊接完成后,應及時將收弧接去除,去除方法一般采用合金磨頭進行打磨。具體焊接順序按圖3進行。

        焊接過程應做到每焊一層進行一次PT無損檢測,按JB/T4730-2005標準進行100%檢測,合格級別為I級。發(fā)現裂紋等缺陷時,應及時清理干凈后,方能進行下道焊縫的施焊。一般推薦采用合金磨頭進行打磨,此方法便于操作、效率高、打磨時不會使打磨處溫度過高,也不會破壞焊縫組織及性能。

        八、結束語

        該批產品從投運至今仍正常運行,未發(fā)現任何異常,分集合管殼體與變徑段間的焊接接頭每年年檢均未發(fā)現裂紋之類的缺陷。

        [1]GB150-1998《鋼制壓力容器》[S].全國壓力容器標準化技術委員會;

        [2]JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》[S].全國壓力容器標準化技術委員會;

        [3]陳裕川.《現代焊接生產實用手冊》[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005;

        [4]斯重遙.《焊接手冊》第2卷 材料的焊接[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002;

        [5]張其樞,堵耀庭.《不銹鋼焊接》[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000

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