張興軍

（寧夏特種設備檢驗檢測院，寧夏 銀川 750000）

近年來，煤化工產業(yè)迅猛發(fā)展，其裝置內的變換、加氫裝置設備由內部襯非金屬隔熱層的冷壁結構發(fā)展成為由耐熱鋼焊接的熱壁結構。我國從上世紀80年代制造這類設備獲得成功后，現在國內很多大型裝備制造單位已具備制造這些設備的能力，其結構有板焊式、鍛焊式結構，滿足了國內使用廠家的需求。這些設備投入使用多年，運行情況總體良好。但還有相當一部分在進行定期檢驗時，設備基本都能發(fā)現堆焊層存在不同程度的裂紋缺陷，這些缺陷大部分存在于現場組焊焊縫或接管，如圖1、圖2所示。這些裂紋經分析多為熱裂紋。

圖1 堆焊層裂紋

圖2 裂紋表面打磨后

煤化工中的臨氫反應器操作壓力在2 MPa～10 MPa、操作溫度320℃～480℃，氫及硫化氫等條件下工作，為防止氫脆、氫腐蝕、硫化物腐蝕、Cr－Mo鋼回火脆化以及堆焊層的剝離等嚴重損傷，設計要求高、難度大、制造工藝復雜，對材料、焊接技術以及焊接質量都有很高要求。以熱壁加氫反應器為例，殼體基材2.25Cr1Mo內壁堆焊不銹鋼防蝕層，形成雙金屬結構。其殼體材料在臨氫條件下工作，主要依據耐爾遜（Nelson）曲線來確定，2.25Cr－1Mo鋼被廣泛應用于加氫設備上，是熱壁加氫反應器主選材料。隨著人們對設備損傷認識上的深入，加氫裝置規(guī)模不斷擴大，反應器尺寸也越來越大，使得2.25Cr－1Mo鋼制造的設備壁厚很厚。近些年國內冶煉技術不斷提高，國產12Cr2Mo1R廣泛應用于加氫反應器，雖然工藝適應性等與國外材料還有一些差距，但采用一些進口焊材或專用焊材也能達到設計條件要求。大型超限加氫反應設備為了解決運輸等問題，采用分段、分片現場組對，組對過程仍然采用制造單位原制造工藝，就會出現工藝不完善或工藝執(zhí)行不到位現象，尤其在堆焊層堆焊過程。筆者根據經驗，通過加強一些關鍵點控制，能夠有效解決堆焊熱裂紋的產生，達到很好效果[1]。

焊接過程控制的關鍵控制點就是焊接材料及烘干程度、焊接工件表面清理及預熱溫度、焊接線能量及層間溫度控制、焊后后熱溫度及保溫時間、無損檢測、熱處理。由于施工現場的作業(yè)環(huán)境較制造廠差，現場的質量責任人與制造單位質量部門管理不協調，這就給焊接質量埋下了隱患，應從以下幾個方面加以解決[2]。

1 材料管理

（1）建立焊材二級庫，按工藝規(guī)定的烘干溫度對焊材進行烘干，焊材領取時采用保溫桶，應查看保溫桶是否進行加熱（領焊材時的溫度），保證焊材恒溫存放，確保焊材在使用時的性能?，F場經常能夠發(fā)現焊工領用焊條直接塞進冷保溫桶、用廢舊包裝鐵桶或其他鐵桶領用焊劑現象。

（2）未使用完的焊材回收后應設專區(qū)按牌號統(tǒng)一存放，積累到一定量，按工藝要求使用，不能把回收焊材和新焊材混用。焊材二級庫應設專人管理，負責焊材烘干、領用、回收，不能由焊工班長兼職。焊材應做到誰使用誰領用并做好登記，不能由焊工班長領用后再分發(fā)給施焊焊工。

2 焊接管理

（1）焊接工藝卡應用卡袋掛在焊接崗位安全部位，焊工必須持證上崗后認真閱讀焊接工藝卡，熟知所焊接設備焊接工藝。防止焊工與工藝分離，不按工藝憑經驗只管“熔焊條”的現象。

（2）現場檢查人員應當對焊接工件表面、預熱部位認真檢查，達到工藝要求后通知焊工進行焊接作業(yè)，火焰單側加熱測溫應從加熱面背面測量，尤其預熱范圍邊緣部位，不應只測中心部位。

圖3 堆焊部位示意圖

3 耐蝕層堆焊

（1）目前制造熱壁加氫反應器現場應用的堆焊方法主要是電弧帶極堆焊和焊條電弧堆焊，考慮到母材稀釋的因素，多采用雙層堆焊。焊帶為309L和347L，焊帶規(guī)格為寬30～100mm，厚0.4～0.5mm。帶極堆焊方法主要有埋弧堆焊（SAW），日本神鋼又開發(fā)了高速帶極堆焊新工藝，堆焊速度在14m/h以上，目的在于改善堆焊層的抗剝離性能。甘肅工業(yè)大學和蘭石廠也開展了這方面的研究，取得了試驗性結果。

（2）加氫反應器小直徑接管內壁采用自動TiG堆焊或自動藥芯焊絲氣保焊堆焊也得到了廣泛應用，且極大地提高了生產效率。自動TiG堆焊可堆焊管子的最小內徑為50mm，長度達2m。哈爾濱焊接研究所還研制了90°彎管的自動TiG堆焊設備，滿足了國內多家工廠的需要。

（3）內壁耐蝕層堆焊方法：①堆焊位置應始終保持處于平焊狀態(tài)；②堆焊方法為埋弧帶極堆焊；堆焊材料見下表，堆焊焊道如下圖。

表1 常規(guī)堆焊材料表

留意因封頭是曲面，采用HJ107焊劑與同類型進口焊劑相比，其熔深大，使堆焊層結合面不輕易產生夾渣，堆焊質量好。③焊條電弧SMAW堆焊一般過渡層填充金屬E24.13 LR，耐蝕層填充金屬E19.13 NbR，主要對焊工在執(zhí)行工藝過程控制，線能量轉化到單根焊條熔敷金屬單位時間的焊接長度，控制面層道間溫度最高為200°C，施焊過程中尤其過渡層盡量使得焊接電流接近工藝要求下限值，要防止焊接線能量的過量輸入，避免焊接熱裂紋的產生，焊接檢查人員適時監(jiān)控道間溫度以及監(jiān)控線能量輸入，堆焊位置見圖3。

④堆焊工序：預熱溫度150℃∽180℃→埋弧帶極堆焊過渡層→后熱（300℃∽350℃×1h）→24h后堆焊層表面著色檢查（PT）→埋弧帶極堆焊面層→后熱（300℃∽350℃×1h）→24h后堆焊層表面著色檢查（PT）→結合表面無損檢測從基材進行（UT）檢測。焊條電弧SMAW堆焊過渡層→后熱（300℃∽350℃×1h）→24h后堆焊層表面著色檢查（PT）→埋弧帶極堆焊面層→后熱（300℃∽350℃×1h）→后堆焊層表面著色檢查（PT）。有些工藝堆焊面層后不進行后熱處理，要進行落實。⑤無損檢測是真實檢測焊接質量的第一憑據，在現場組焊時控制好無損檢測時機，尤其不因時間緊，焊接完成后工件表面達到檢測溫度就進行PT檢測。無損檢測無疑是對焊接質量控制的一個重要標尺，無損檢測應當制定單臺的檢測工藝，并按檢測工藝進行檢測。⑥焊縫返修。對需要焊接返修的缺陷應當分析缺陷產生原因,提出改進措施,有必要應按標準進行焊接工藝評定,編制焊接返修工藝。

4 焊后熱處理

焊接后的焊接接頭一般在現場進行局部熱處理，大部分采用電加熱方式。需要注意的是加熱寬度、熱電偶布置、保溫措施，大型加氫反應器一般壁厚都大于120mm，對于一些單側加熱，熱電偶只布置在加熱側的工藝，會造成熱處理溫度達不到要求的現象。熱電偶布置不應以方便為前提，應真實反映熱處理部位溫度分布狀態(tài)，處理過程升降溫狀況[3]。

5 結語

在大型臨氫壓力容器現場組焊的施工中，由于自然條件復雜，對焊接質量影響較大，焊接作業(yè)人員要按工藝要求進行焊接，尤其要控制焊接輸入熱能的增加、層間溫度、焊接線能量，防止產生熱裂紋?，F場質量保證體系人員對體系內的各個質控環(huán)節(jié)都應當嚴格要求和認真檢查，確保堆焊質量[4]。