劉杰，廖桂新

（德陽市特種設備監(jiān)督檢驗所，四川 德陽 618000）

目前，大型加氫反應器選用的主體材料一般為2.25Cr1Mo-0.25V，此種材料相比以前的Cr-Mo鋼焊接性較差，但具有優(yōu)良的耐熱性、高溫抗腐蝕性能以及力學性能。所以，隨著加氫反應器使用材料的發(fā)展進步，制造過程中對焊接工序提出了更高的要求。在某臺容器產品生產過程中，該焊縫焊接完后產生了很多裂紋，嚴重影響產品質量和生產工序的推進。

1 大型鍛焊壓力容器概況

主體材料為2.25Cr1Mo-0.25V大型加氫反應器中，殼體部分（包括上封頭+上過渡段+筒體+下過渡段+下封頭）均為鍛件，與之相焊的裙座筒體（Ⅱ）為同材質的鋼板卷制而成。該產品殼體外徑φ4449mm，最小壁厚δ=217mm，容器總重580t?，F(xiàn)殼體部分已經裝焊完成，之后組焊裙座筒體（Ⅱ）與下過渡段，其外徑與殼體相同，用同材質66mm厚的鋼板卷制而成，如下圖1。

圖1 某臺加氫反應器裝焊過程簡圖

裙座筒體（Ⅱ）卷制完成后縱縫先進行點焊固定，然后，通過工裝吊耳與殼體下過渡段組裝。下過渡段坡口有一圈寬24mm的直邊（厚度4mm），裙座筒體（Ⅱ）裝配時將其卡緊。裝配后，采用焊條電弧焊進行點焊固定，這樣裙座筒體（Ⅱ）與下過渡段之間就形成“V”形坡口，之后采用埋弧焊進行焊接。焊接完成后，將直邊氣刨去除，打磨平滑，最后再焊接裙座筒體（Ⅱ）上的縱縫。

2 裂紋的形貌、位置分析

在某臺容器的實際生產中，該環(huán)焊縫按工藝進行消氫后，出現(xiàn)很多裂紋，且肉眼可見，垂直于焊縫方向，為橫向裂紋，長度約80mm，共8處，無規(guī)則地分布在環(huán)焊縫圓周上，貫穿于整個焊縫寬度。在清除裂紋的過程中，發(fā)現(xiàn)裂紋延伸到焊縫根部。如下圖2、圖3所示（圖3是圖2中裂紋局部放大圖）。

圖2 產生裂紋的焊縫

3 裂紋產生原因分析

3.1 母材的特殊性

此前，該廠生產的容器產品母材大多數(shù)為16MnR或2.25Cr1Mo。前者材料焊接性非常好，焊接工藝參數(shù)范圍大，且一般不會產生裂紋；后者材料焊接性也較好，焊接過程中注意預熱溫度、焊接層間溫度以及焊后熱處理等，產生裂紋傾向也不大。

圖3 焊縫裂紋

現(xiàn)在該廠生產的加氫容器母材一般都為2.25Cr1Mo-0.25V，相比上述2.25Cr1Mo材料，加入了金屬元素”V”。在增加了母材耐熱性和高溫抗腐蝕性的同時，使材料本身的焊接性變差，即焊接時產生裂紋（特別是熱裂紋、冷裂紋及再熱裂紋）傾向大大增加，如果焊前裝配不當或焊接過程中溫度控制不好都會引發(fā)裂紋的出現(xiàn)。

3.2 焊接工藝參數(shù)

在實際生產過程中，原工藝對下過渡段與裙座焊縫采用的焊接工藝如下表1所示。該焊接規(guī)范與之前做的焊接工藝評定中參數(shù)并無區(qū)別，由此可見，采用的焊接工藝參數(shù)是符合要求的，關鍵是該焊縫在焊接過程中工藝執(zhí)行情況是否嚴格。

表1 下過渡段與裙座焊縫的焊接工藝參數(shù)

（1）焊接材料選用。在焊接過程中，使用的焊材為德國進口的蒂森埋弧焊絲和配對的焊劑，焊材入庫的復驗結果均符合相應技術條件。但是，在焊接的過程中，焊縫成型不是很美觀，焊道脫渣也較困難，尤其是焊道兩邊的熔合線部位，容易造成夾渣的焊接缺陷，為下道焊縫熔合埋下病根，引起裂紋的產生。（2）焊接過程中溫度控制。工藝要求采用天然氣加熱的方式進行焊前預熱和保證焊接層間溫度。按照以前操作人員的加熱方法，使用約為筒體1/6的圓弧形加熱工裝，在底部中心圓周上進行加熱，在焊接過程中，筒體在慢慢轉動，加熱工裝不能覆蓋全部焊縫，會影響焊縫在圓周方向受熱均勻性。

3.3 多種內應力的影響

焊縫的焊接過程中，存在著拘束應力、熱應力和焊接殘余應力，這些都是影響焊縫的重要因素。（1）受拘束力。下過渡段為鍛件，所有尺寸都是通過立車機械加工符圖，而裙座是由采購的同材質鋼板下料，在三輥卷板機上卷制成型，坡口也是在鋼板下料時數(shù)控氣割而成。鋼板成型時，必然會存在一定的橢圓度，在與下過渡段裝配后，裙座筒體（Ⅱ）限制了焊接過程中下過渡段的自由收縮，受拘束度較大。在裙座筒體與下過渡段裝配完后，在焊縫背面采用焊條點焊固定，之后直接進行埋弧自動焊接。下過渡段直邊厚度只有4mm，在進行埋弧自動打底焊接時，由于結構限制及焊接應力的存在，第一層打底焊后很容易產生微裂紋，且焊接操作者無法看見。（2）熱應力。該焊縫是相同厚度的鍛件和鋼板相連接，材質相近，雖然下過渡段鍛件壁厚存在一定長度的過渡區(qū)，但是，焊接受熱時，熱膨脹速度仍有一定差異。另外，雖然鋼的牌號都一樣，但鍛件的化學成分和各種物理性能與采購的鋼板也存在較大區(qū)別，所以，使得下過渡段與裙座筒體的線膨脹系數(shù)存在差異。熱膨脹的不同會引起更大的熱應力。

4 結語

通過上述分析，加釩鋼壓力容器在現(xiàn)場生產過程中，下過渡段與裙座焊縫的裂紋主要是由于焊前裝配（點焊固定）、焊接材料以及焊接過程中溫度的控制造成焊縫缺陷所致。在后續(xù)產品的制造中，我們主要做了以下改進。

（1）根據實際生產情況，使用更好的焊材，使焊縫成型優(yōu)良，容易脫渣。

（2）采用圖8中改進后的裝焊方式，小焊條多道多層焊打底，打底焊過程中，不允許焊條做橫向擺動，盡可能采用小電流焊接，之后將焊縫打磨圓滑。

（3）在加熱時，盡量使整條圓周焊縫受熱均勻。

經過以上措施的實施，后續(xù)過渡段與裙座筒體的焊縫未出現(xiàn)過裂紋，大大提高了焊接質量和生產效率。