周家忠

【摘 要】甲醇合成塔是甲醇裝置中的核心設備，其操作壓力較高，介質易燃易爆且具有中度毒性。一旦發(fā)生事故，不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，還可能帶來人員傷亡。本文分析了甲醇合成塔殼體常見的焊縫裂紋出現(xiàn)的原因并提出對缺陷進行消除、返修、熱處理及檢驗的方案，為類似容器的焊接處理提供借鑒。

【關鍵詞】甲醇合成塔；焊縫缺陷；修復

金屬作為最常用的工程結構材料，往往要求具有如高溫強度、低溫韌性、耐腐蝕性以及其他一些基本性能，并且要求在焊接之后仍然能夠保持這些基本性能。焊接過程的特點主要是溫度高、溫差大，偏析現(xiàn)象很突出，金相組織差別比較大。因此，在焊接過程中往往會產(chǎn)生各種不同類形的焊接缺陷而遺留在焊縫中。如裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣以及夾鎢等。從而降低了焊縫的強度性能，給安全生產(chǎn)帶來很大的不利。但是，不論什么樣的缺陷，它在形成的過程中都具有特定的形成機理和規(guī)律，只要掌握其形成的基本特點，就會對我們在生產(chǎn)中制定焊接工藝措施，防止缺陷的產(chǎn)生起到很好的作用。下文將對焊縫中常見的缺陷的形成及其危害性進行分析，并提出防止措施。

1.裂紋產(chǎn)生的原因分析

根據(jù)日常所發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷分析，產(chǎn)生裂紋的主要因素是焊接工藝不合理、選用材料不當、焊接應力過大以及焊接環(huán)境條件差造成焊后冷卻太快等。焊縫裂紋一般分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋是在焊接過程中形成的，因此，大部分都產(chǎn)生在焊縫的填充部位以及熔合線部位，并埋藏于焊縫中；冷裂紋也叫延時裂紋，一般都是在焊縫冷卻過程中由于應力的影響而產(chǎn)生，有時還隨著焊縫的組織的變化首先在焊縫內部形成組織晶界裂紋，經(jīng)過一段時間之后才形成宏觀裂紋，這類裂紋一般形成于焊縫的熱影響區(qū)以及焊縫的表面。裂紋是焊縫中危害性最大的一種缺陷，它屬于條面對面狀缺陷，在常溫下會導致焊縫的抗拉強度降低，并隨著裂紋所占截面積的增加而引起抗拉強度大幅度下降。另外，裂紋的尖端是一個尖銳的缺口，應力集中很大，它會促使構件在低應力下擴展破壞。所以在焊縫中裂紋是一種不允許存在的缺陷。

2.防止裂紋產(chǎn)生的措施

首先是針對構件焊接情況選取合理的焊接工藝，如焊接方法、線能量、焊接速度、焊前預熱、焊接順序等。這是防止焊縫裂紋產(chǎn)生的最基本的措施。當在結構條件一定的情況下，合理的工藝不僅會影響和改善接頭的應力狀態(tài)，而且也會影響焊縫的化學成分，還可以改變雜質的偏析程度，對防止裂紋的形成都有很大的好處。其次是焊接材料的選擇要正確。其三是考慮焊接環(huán)境條件以及熱處理工藝等。因此，在實際生產(chǎn)過程中應根據(jù)實際情況綜合考慮各種工藝因素所帶來的影響。

熱裂紋的產(chǎn)生及處理。

熱裂紋是指高溫下所產(chǎn)生的裂紋又稱高溫裂紋或結晶裂紋。通常產(chǎn)生在焊縫內部，有時也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)。表現(xiàn)形式有縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋弧坑裂紋和熱影響區(qū)裂紋。其產(chǎn)生原因是由于焊接熔池在結晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點共晶和雜質在結晶過程中以液態(tài)間層形式存在從而形成偏析。凝固以后強度也較低。當焊接應力足夠大時，就會將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂紋。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點共晶和雜質，當焊接拉應力足夠大時也會被拉開?？傊?，熱裂紋的產(chǎn)生是冶金因素和力學因素共同作用的結果。

針對其產(chǎn)生原因，其預防措施如下（1）限制母材及焊接材料（包括焊條、焊絲、焊劑和保護氣體）中易偏析元素和有害雜質的含量，特別應控制硫、磷的含量和降低含碳。一般用于焊接的鋼材中硫的含量不應大于0.045%；磷的含量不應大于0.055%；另外鋼材含碳量越離，焊接性能越差，一般焊縫中碳的含量控制在0.10%以下時熱裂紋敏感性可大大降低。（2）調整焊縫金屬的化學成分改善焊縫組織細化焊縫品粒以提高其塑性減少或分散偏析程度控制低熔點共品的有害影響。（3）采用堿性焊條或焊劑以降低焊縫中的雜質含攝改善結晶時的偏析程度。（4）適當提高焊縫的形狀系數(shù)采用多層多道焊接方法避免中心線偏析可防止中心線裂紋。（5）采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能超，整體預熱和錘擊法收弧時填滿弧坑等工藝措施。

3.焊縫內部缺陷的修復

3.1科學確定要進行修復的位置，切忌盲目規(guī)劃

要認真核對超標缺陷的性質、長度、位置是否與容器上要返修的位置相符，防止因位置不準而造成不必要的返修。返修部位要在容器內外側劃出明顯的標記。采用碳弧氣刨清除缺陷，在氣刨過程中要注意觀察缺陷是否刨掉。如發(fā)現(xiàn)缺陷已經(jīng)刨掉，應停止氣刨。如沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，可繼續(xù)氣刨，但深度不得超過2/3容器板厚度。如超過板厚2/3處仍有缺陷，則應先在該狀況下使用砂輪機打磨，然后在其背面再次清除缺陷，并重新打磨補焊，氣刨工必須了解所刨缺陷的具體情況。氣刨的深度以刨出缺陷為準，氣刨長度不得小于50mm，氣刨的刨槽兩端過渡要平緩，以利于多層焊接時的端部質量。氣刨后經(jīng)打磨、表面滲透探傷合格后方可焊接。

3.2嚴格控制施工環(huán)境與施工條件

參與修復施焊的焊工必須持有國家技術質量監(jiān)督部門頒發(fā)的焊工合格證，在有效期間擔任合格項目范圍內的焊接工作。施焊者將其鋼印刻在焊道兩側。施焊前應將磨槽表面和兩側至少20mm范圍內的油污、鐵銹水分及其他有害雜質清除干凈。焊接前必須進行預熱，并設專人負責管理，焊件的預熱是在焊接側的背面，首先在預熱區(qū)一側使用氧氣-乙炔氣焊預熱，要求位置必須準確。預熱溫度為125-140℃。層間溫度亦控制在100～150℃范圍內。焊接預熱時，預熱范圍以焊補部位為中心，在半徑為150mm的范圍內，并取較高的預熱溫度。根據(jù)合格的焊接工藝評定制定焊接工藝卡，嚴格按工藝卡規(guī)定的焊接工藝參數(shù)進行焊接。工藝記錄員要及時準確的測量記錄焊接工藝參數(shù)，使所有實際焊接參數(shù)符合工藝文件之規(guī)定。修補的焊層必須在兩層以上，嚴格控制焊接線能量，且不應在其下限值附近焊接短焊道，接近上限時不得多層連續(xù)焊接。焊接時采用短弧焊，不宜擺動。

焊補長度應大于50mm。焊縫同一部位的焊補次數(shù)不超過兩次，如超過兩次必須提出返修技術措施，經(jīng)公司技術總負責人批準后，方可進行。 焊接修補后，使用氣焊立即進行后熱消氫處理，后熱溫度為200～230℃，并用保溫棉覆蓋修補部位內外兩側，保溫時間0.5小時。同一部位的返修次數(shù)不得超過兩次，如超過兩次，必須編制超次返修方案及措施，焊補前應經(jīng)公司技術總負責人批準。焊補次數(shù)、部位和焊補情況應記入容器質量證明書。焊縫返修時，焊縫的內外側各做為一個返修部位。探傷檢測探傷檢測探傷檢測探傷檢測：焊接完成后應將焊縫及邊緣打磨光滑，余高為0～3.0mm。經(jīng)外觀檢查、100%PT檢測符合JB/T4730-2005Ⅰ級合格，100%RT探傷檢測符合JB/T4730-2005Ⅱ級合格，才能確認焊縫返修合格。焊接修補的部位、次數(shù)和檢測結果應作記錄。

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