隨著石油化工裝置向著大型化和高參數(shù)方向的不斷發(fā)展，其體積和質(zhì)量也越來越大，高壓加氫換熱器作為加氫裝置的主要設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著原料油與反應(yīng)生成油的熱量交換任務(wù)，由于設(shè)備的操作壓力和溫度均較高，且介質(zhì)屬于易燃易爆的油氣類，在長期高溫高壓和臨氫的環(huán)境下，此密封接頭焊縫結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋而引起泄漏。高質(zhì)量焊接修復(fù)密封接頭裂紋，對延長密封結(jié)構(gòu)壽命以及保證加氫裝置長周期安全運行具有重要的工程意義。

　　1  焊接分析

　　加氫高壓換熱器管箱法蘭是平板式焊接密封結(jié)構(gòu)，管程設(shè)計壓力為16.9MPa，設(shè)計溫度272℃, 管箱法蘭、蓋板材料均為16Mo5，管箱法蘭表面有5mm厚的0Cr18Ni9堆焊層。0Cr18Ni9鋼（AISI 304）是奧氏體不銹鋼，具有足夠的耐晶間腐蝕能力，在氧化性酸中具有優(yōu)良的耐蝕性，在堿溶液和大部分有機酸和無機酸中以及大氣、水、蒸汽中耐蝕性亦佳[1]。缺點是對過熱敏感，存在過熱區(qū)，也容易造成熱影響區(qū)的晶粒長大，焊縫高溫停留時間過長，在高溫狀態(tài)下Cr和C形成化合物，在高溫區(qū)就形成了貧鉻層，也會導(dǎo)致焊縫的枝晶傾向加劇。當(dāng)焊接材料選擇或焊接工藝不正確時容易出現(xiàn)熱裂紋。實心圓平板尺寸為Φ1212mm×10mm，材質(zhì)INCOLOY825。Incoloy825是金屬鎳鐵鉻系鎳基耐蝕合金，此合金含少量金屬元素鉬和銅，在還原性酸和氧化性酸中，它有很好的耐蝕性，還有很好的抗應(yīng)力腐蝕開裂、抗點蝕和縫隙腐蝕，它對硫酸和磷酸有優(yōu)異的耐蝕性，是一種通用的工程合金。從經(jīng)濟(jì)性和現(xiàn)實情況考慮，決定對加氫高壓換熱器管箱法蘭焊縫及附近區(qū)域出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行焊接修復(fù)。

　　2  焊接材料選用

　　加氫高壓換熱器管箱法蘭材料為16Mo5，表面有0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼堆焊層，實心圓平板材質(zhì)Incoloy825是金屬鎳鐵鉻系鎳基耐蝕合金，裂紋泄漏處的焊接屬異種鋼焊接。不銹鋼焊條的選用是按等成分的原則，即：選用熔敷金屬化學(xué)成分與母材相同或相近的焊條，同時熔敷金屬的含碳量不應(yīng)高于母材，選用耐熱不銹鋼焊條時還應(yīng)注意滿足焊縫金屬的抗熱裂紋性能和高溫性能，對于耐蝕不銹鋼還應(yīng)考慮到工作條件和工作溫度狀況[3]，焊縫的強度、線膨脹系數(shù)的差異，焊接裂紋、氣孔的敏感性也都應(yīng)一并考慮。為此選用了ER NiCrMo-3焊絲；焊條選用ENiCrMo-3美國泰克羅伊萬能電焊條，焊條牌號TECH-ROD112、ENiCrMo-3焊條是堿性藥皮鎳合金焊條，其特點具有電弧穩(wěn)定、飛濺小、熔渣覆蓋均勻，脫渣容易、焊縫成形好、金屬強度、塑韌性、抗氣孔性能良好等特點，具有極佳的抗應(yīng)力腐蝕開裂和抗點蝕能力。

　　3  焊接

　　3.1  修復(fù)方法

　　由于換熱器角焊縫焊接密封接頭裂紋處是在底下半部，容器內(nèi)有水和殘油不斷滲出，如果直接用熔化焊，將無法焊接。只能用堵塞和碾死滲漏處與焊接相接合的方法進(jìn)行修復(fù)。通過試驗確定采用風(fēng)鏨子將裂紋缺陷處全部清理干凈，在焊口根部用風(fēng)鏨子鏨成一個3.2mm的U 型坡口，通過風(fēng)鏨子開坡口的力而使焊口根部碾死不漏殘油，將焊條芯鑲進(jìn)U型坡口內(nèi)采用氬弧焊點焊焊接，電弧不直接熔化根部，達(dá)到手工電弧焊焊接的基本要求。如圖2、圖3所示。

　　3.2  焊接工藝參數(shù)

　　焊機采用手工電弧焊/氬弧焊兩用的WS7-400 逆變式弧焊機，氬弧焊時采用直流正接，焊絲規(guī)格Φ2.0mm，鎢極Φ2.5mm，伸出長度5~6mm。噴嘴直徑8mm，氬氣純度≥99.99％；手工電弧焊時，采用直流反接，焊條規(guī)格Φ3.2mm（見附表）。焊條進(jìn)行300~350℃ 烘干1h，隨取隨用，不要重復(fù)烘干。

　　3.3  焊前清理

　　確定泄漏的具體位置，密封板與管箱法蘭之間角焊縫全部清除干凈，清除處與周邊金屬平滑過渡同時做PT處理，清除焊縫時做好相應(yīng)的防護(hù)措施，不要傷及密封板及管箱法蘭密封面，將周圍的油污、雜物徹底清理干凈。對裂紋缺陷處進(jìn)行（300~350）℃×（6~8）h脫氫處理。采用履帶式加熱器（或繩式加熱器）進(jìn)行局部加熱，并布置一支熱電偶進(jìn)行實體測溫。

　　3.4  焊接注意事項及要求

　　3.4.1  Incoloy825的焊接必須在退火態(tài)300~350℃（預(yù)熱消氫）進(jìn)行，焊前應(yīng)使用不銹鋼絲刷，將坡口兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的水、銹、油污以及毛刺等有害物清理干凈，坡口表面不得有裂紋和夾層等缺陷。

　　3.4.2  正式焊接前應(yīng)認(rèn)真檢查點固焊點的焊接質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)各類缺陷時應(yīng)清除后方可施焊。

　　3.4.3  焊接工作應(yīng)安排具有相應(yīng)合格位置焊接資格的技術(shù)熟練的焊工擔(dān)任。

　　3.4.4  焊工手工工具，如：刨錘、鋼絲刷等應(yīng)采用不銹鋼制成。

　　3.4.5  焊接的引弧和收弧必須在坡口內(nèi)進(jìn)行，不得在管壁上試驗焊接電流，焊接時注意引、收弧處的質(zhì)量，收弧應(yīng)填滿弧坑。

　　3.4.6  不銹鋼的焊接對層間溫度和線能量的輸入很敏感，在保證焊透及熔合良好的條件下，焊接時盡量采用小電流、小電壓多層多道快速焊，以減小焊接線能量，層間接頭應(yīng)錯開，每條焊縫焊接兩層以上，當(dāng)一層焊接結(jié)束后應(yīng)及時清理層間熔渣，焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生的顏色要在焊縫區(qū)域未冷卻時，用不銹鋼刷刷去方可進(jìn)行下一層的焊接。

　　3.4.7  為防止碳化物析出敏化及晶間腐蝕，應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度≤60℃和焊后冷卻速度，避免產(chǎn)生熱裂紋，預(yù)防晶間腐蝕。

　　3.4.8  焊縫應(yīng)一次連續(xù)焊完，如中途因故停止，重新焊接前必須打磨接頭，并按照原工藝進(jìn)行施焊。

　　4  檢驗

　　4.1  焊接的角焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的PT著色，其表面不得有任何缺陷，符合JB4730－2005Ⅰ級合格。

　　4.2  缺陷修補后，應(yīng)放置12h以上，管程水壓試驗參數(shù)由廠家提供，合格后方可投入使用。

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