乙烯裂解爐爐管的焊接指導(dǎo)

1、MKOCHMKOCHShangHaiShangHai GeOunGeOun wirewire & & weldingwelding上海格群信息科技乙烯裂解爐輻射段爐管的焊接前言中原石化總廠十萬(wàn)噸裂解爐，輻射段爐管所用材料為Cr35Ni45+微合金，輻射段出口材料為20Cr32NiNb。Cr35Ni45 的合金系統(tǒng)較之以前的 Cr25Ni35 有了較大的開(kāi)展,增加了Cr、Ni 元素含量,相應(yīng)提高了耐高溫性能。爐管采用離心澆鑄的方法生產(chǎn)，其原始鑄態(tài)外表為均勻分布有顆粒狀凸起的“珍珠外表，這種外表不僅有利于熱交換，而且對(duì)抗氧化和抗燃?xì)飧g有利。管子的內(nèi)外表有很薄一層疏松組織，爐管的基

2、體組織相當(dāng)致密，主要由沿半徑方向分布的柱狀晶組成，內(nèi)部沒(méi)有氣孔、夾雜及縮孔等鑄造缺陷。管件包括 1800 彎頭、90o 吊耳彎頭、Y 型管等為靜態(tài)澆鑄法生產(chǎn)，合金成 分不均勻，存在較大成分偏析，焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋。1 焊接性分析1.1化學(xué)成分分析爐管材料 Cr35Ni45 的化學(xué)成分見(jiàn)表 1。表 1Cr35Ni45的化學(xué)成分Cr(%)NiMoWNbCuAlCSiMnPS0.41.230400.50.61.81.50.030.0337470.50.301.50.250.05為了深刻認(rèn)識(shí)爐管中主要元素及微量元素的作用，查閱了一些文獻(xiàn)，并對(duì)其在耐熱鑄鋼中的作用進(jìn)行了分析。C: C 與 Cr、Mo Ti

3、、V、Nb 等形成一次碳化物 M7C3和 NbG 在高溫時(shí)效過(guò)程中，基體中的過(guò)飽和 固溶碳以細(xì)小彌散的M23G6析出，提高了鋼的強(qiáng)度。另外增加碳含量還能抑制 6 相析出。但碳含量過(guò)高，二次碳化物大量析出，會(huì)降低合金的韌性、惡化焊接性。因此 Cr35Ni45 合金含碳量不超過(guò) 0.60%, 但 Si 是促進(jìn) 6 相析出元素，參加量過(guò)多，使焊接性惡化、降低持久強(qiáng)度。裂解爐管硅含量一般控制 在 1.50%2.00%。Mn：它能改善焊接性能，但固熔強(qiáng)化促進(jìn) 6 相析出，參加量過(guò)多能降低合金的抗氧化性能。一般 控制在 1.5%以下。Cr：它是合金中主要的固溶強(qiáng)化元素和碳化物形成元素。它在材料外表形成致密

4、的Cr2O3保護(hù)膜,對(duì)合金的抗氧化、強(qiáng)度、抗?jié)B碳 T 能起著決定性作用。但Cr 含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致 6 相析出，因而降低合金的強(qiáng)度和韌性。Ni :它是形成和穩(wěn)定奧氏體，提高抗?jié)B碳、抗氧化、高溫強(qiáng)度和韌性的主要元素。對(duì)于裂解爐來(lái)MKOCHMKOCHShanqHdiShanqHdi GeOunGeOun wirewire & & weldingwelding上海格群信息科技說(shuō)，其抗?jié)B碳性能的優(yōu)劣是十分重要的，也是影響裂解爐壽命的主要因素。由于裂解爐在運(yùn)行過(guò)程中管內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生滲碳， 滲碳層的出現(xiàn)一方面在管內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，另一方面滲碳也使?fàn)t管材料的組織和性能發(fā)生變化，結(jié)果會(huì)使?fàn)t管局部開(kāi)裂

5、或腐蝕穿孔。W M。Nb 都是固溶強(qiáng)化元素，能提高合金的高溫強(qiáng)度，抑制碳的擴(kuò)散速度，但是參加過(guò)量那么會(huì)影響合金的抗氧化性能，并促進(jìn) 6 相析出，降低合金的強(qiáng)度和韌性。NbTi、V 它們形成碳氮化物，改變晶界碳化物形態(tài)，細(xì)化M3Q,使其均勻彌散分布，延遲碳化物粗化過(guò)程，從而提高合金的高溫蠕變強(qiáng)度Al :它在奧氏體不銹鋼中形成AlN,促進(jìn)長(zhǎng)期蠕變時(shí) 6 相形成和粗化，降低蠕變壽命。因此認(rèn)為Al 在奧氏體耐熱鋼鑄管中是有害元素，其含量應(yīng)嚴(yán)格控制。1.2焊接性分析爐管材料為鐵基高銘?zhàn)x合金，焊接性較差，焊接工藝措施稍有不當(dāng)，便會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，表現(xiàn)如下：1.2.1由于合金元素含量較多，導(dǎo)熱性差，焊縫與母材容易

6、過(guò)熱，造成晶粒粗大，使接頭力學(xué)性能和耐蝕性能下降；1.2.2焊接時(shí)易出現(xiàn)熱裂紋及再熱裂紋；1.2.3對(duì)應(yīng)變時(shí)效敏感。焊后如果剩余應(yīng)力較大，在時(shí)效過(guò)程或工作溫度高于時(shí)效溫度時(shí)，易產(chǎn)生“應(yīng)變時(shí)效裂紋；1.2.4對(duì)焊道熔池裂紋較敏感；1.2.5焊接熔池液態(tài)金屬流動(dòng)性差，鐵水發(fā)粘，熔深小，易出現(xiàn)焊口根部的熔合不良及促使凝 固裂紋的產(chǎn)生。2 焊接方法及焊接材料的選取焊接方法：主要考慮小的熱輸入及小的熔合比，故采用手工鴇極僦弧焊。焊接材料：因爐管用在高溫條件下，所以高溫強(qiáng)度，蠕變強(qiáng)度要求高，因此，爐管本體焊接材料選取與母材相匹配的高碳同質(zhì)焊材：牌號(hào)XTM 其公稱(chēng)成分為 35Cr45Ni ,具體化學(xué)成分見(jiàn)表

7、 2。輻射段爐管出口材料為 20Cr32NiNb ,與輻射段爐管 Cr35Ni45 相焊時(shí)，焊接材料選擇 Inconel 82, 該焊材為饃基焊材，塑性較好，其化學(xué)成分見(jiàn)表3。焊絲 XTM 的化學(xué)成分MKOCHMKOCHShangHaiShangHai GeOunGeOun wirewire & & weldingweldingCSiMnPS(%)CrNiTiZrNb0.420.480.51.81.02.50.0150.01534430.0537470.150.050.100.51.0表 3焊絲 Inconel 82 的化學(xué)成分CSiMn化P學(xué)成S分(%)CrNiTiNb+Ta

8、0.100.502.53.50.030.01518.022.0670.752.03.03 焊接在焊接工藝評(píng)定的根底上，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，制定了現(xiàn)場(chǎng)的焊接工藝技術(shù)措施。3.1坡口型式由于爐管材料的液體金屬流動(dòng)性不如一般鋼鐵材料，焊接工藝不良時(shí)很容易發(fā)生未熔合現(xiàn)象。如果加大焊接電流以增大高溫合金熔池金屬的流動(dòng)性，不但效果不大，而且還會(huì)造成過(guò)熱的不良影響。為使熔合良好且有一定熔深，坡口設(shè)計(jì)應(yīng)與結(jié)構(gòu)鋼有所區(qū)別，坡口角度應(yīng)適當(dāng)增大，根部鈍邊應(yīng)適當(dāng)減小。具體坡口型式見(jiàn)圖 1 所示：圖 13.2焊接工藝參數(shù)表 4 焊接工藝參數(shù)焊材規(guī)格焊接電流電弧電壓焊接速度颯氣流里牌號(hào)(mm)(A)(V)(cm/min)

9、(L/min)XTMInconeI822.4 X2. 4 2.580100111381010153.3 焊接3.3.1 對(duì)口要求管道對(duì)口應(yīng)做到內(nèi)壁平齊，如有錯(cuò)口，不得大于0.5mm,對(duì)口時(shí)不得采用強(qiáng)力組對(duì)，應(yīng)做到無(wú)應(yīng)力對(duì)口；3.4.2 焊接工藝要點(diǎn)HKOCHHKOCHShangHaiShangHai GeOunGeOun wirwir & & weldingwelding上海格群信息科技焊接前應(yīng)用丙酮清洗坡口，以防有害雜質(zhì)對(duì)焊縫造成危害；焊接時(shí)，焊縫反面應(yīng)充僦保護(hù)，僦氣純度不小于 99.99%;引弧時(shí)應(yīng)在坡口內(nèi)，以免在坡口外引弧對(duì)母材造成傷害；爐管開(kāi)始焊接時(shí)，不得將爐管組對(duì)時(shí)所

10、用的工卡具撤除，至少焊接三層前方可撤除， 以免由于外加因素產(chǎn)生的附加外應(yīng)力,使焊縫產(chǎn)生裂紋；焊接時(shí)應(yīng)采用小線能量和小截面焊道；底層焊接時(shí)，應(yīng)采用小電流，使電弧垂直對(duì)準(zhǔn)坡口中心，電弧應(yīng)稍作擺動(dòng)，保證坡口根部熔合良好。底層焊接時(shí)，打底厚度要相對(duì)較厚，以免底層焊道強(qiáng)度缺乏，產(chǎn)生裂紋；打底完成經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行次層的焊接，以防產(chǎn)生裂紋；次層焊接時(shí)，應(yīng)采用窄焊道技術(shù)，從第三層以上，應(yīng)采用多道焊接技術(shù)；焊接時(shí)，應(yīng)逐層對(duì)焊縫外觀進(jìn)行檢查；合格前方可焊接次層；多層焊時(shí)，應(yīng)控制層間溫度在100 c 以下，以防接頭過(guò)熱，焊縫熱影響區(qū)晶粒粗大，使接頭的強(qiáng)度下降；收弧時(shí)應(yīng)填滿弧坑，收弧時(shí)應(yīng)先?；。瑴笸?，以防

11、產(chǎn)生火口裂紋.3.4焊接檢驗(yàn)滲透探傷：坡口著色，底層著色，面層著色。射線探傷：100 涮寸線探傷。3.5現(xiàn)場(chǎng)焊接實(shí)例以輻射段出口的焊接為例，見(jiàn)圖2 所示.MKOCHMKOCHShangHaiShangHai GeOunGeOun wirewire & & weldingwelding上海格群信息科技1-廢鍋2-螺栓3 與廢鍋相聯(lián)法蘭4-直管5-支撐杠6-Y 型管7-輻射段爐管3.5.1焊接時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題A 為現(xiàn)場(chǎng)安裝焊口，件號(hào) 4 材料為 20Cr32NiNb與件號(hào) 6 材料為Cr35Ni45 相焊，焊接材料 選才 iInconel 82 ,該焊材為饃基焊材，塑性較好。焊接方法為

12、純僦弧焊，組對(duì)完成后進(jìn)行底層焊接， 底層焊接時(shí)，在焊縫中心處產(chǎn)生沿焊縫方向裂紋，經(jīng)砂輪打磨補(bǔ)焊仍產(chǎn)生裂紋。3.5.2原因分析3.5.2.1材料本身的因素，該種材料較為難焊，易產(chǎn)生裂紋。3.5.2.2在底層焊接時(shí)，焊縫必將產(chǎn)生橫向收縮，焊縫下部管子由于本身重力因素，不能向上 移動(dòng)，焊縫上部由于與廢熱鍋爐相聯(lián)法蘭已經(jīng)把緊，不能自由伸縮。由于焊口兩端的相對(duì)固定，焊縫 不能自由收縮，焊縫產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，且底層焊縫厚度較薄，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，焊縫 產(chǎn)生裂紋。3.5.3解決措施3.5.3.1在焊口下部的 Y 型管或 90。彎管上加支撐杠或吊鏈，焊接時(shí)使支撐杠或吊鏈處于受力狀態(tài)，不能松動(dòng)，以免由于焊口下方管子自重對(duì)焊縫產(chǎn)生的附加外應(yīng)力。當(dāng)焊接 可將支撐杠或吊鏈撤除。3.5.3.2將與廢熱鍋爐相連的法蘭螺栓松開(kāi)，讓焊口上方的管子或法蘭處于自由伸縮狀態(tài)，確 保焊口無(wú)附加外應(yīng)力。3.5.3.3底層焊接時(shí)，打底厚度要相對(duì)較厚，確保焊縫有足夠的強(qiáng)度。3 層或 3 層以上時(shí)方HKOCHH