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工程管理前沿【2019年第24期】

  • ID:271572
  • 浏览:11624
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-01-14 14:49:39
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

转化器 12Cr2Mo1Ⅳ与 Q345R异种材质焊接裂纹分析及解决途径

2020-02-14 18:06:15 工程地质学 王东林,段敏
资料简介

摘要:公司第一次接触 12Cr2Mo1Ⅳ铬钼钢与 Q345R不锈钢的焊接,制定了焊接工艺评定,该文分析了此类异种材料焊接产生延迟性裂纹的原因,进行焊接性试验、制定返修方案,组织专家进行论证,后经无损检测和热处理及硬度检测,返修最终成功,为今后施工提供借鉴。

转化器 12Cr2Mo1Ⅳ与 Q345R异种材质焊接裂纹分析及解决途径

王东林 段敏

陕西化建工程有限责任公司 陕西杨凌 712100

摘要:公司第一次接触12Cr2Mo1Ⅳ铬钼钢与Q345R不锈钢的焊接,制定了焊接工艺评定,该文分析了此类异种材料焊接产生延迟性裂纹的原因,进行焊接性试验、制定返修方案,组织专家进行论证,后经无损检测和热处理及硬度检测,返修最终成功,为今后施工提供借鉴。

关键词:异种钢焊接、延迟裂纹、焊后热处理

前言

公司承接的延安煤油气资源综合利用项目40万吨/年轻油加工利用装置,采用了催化裂解及烯烃分离工艺,生产符合下游HDPE和PP装置要求的聚合级乙烯和丙烯。此装置采用了美国KBR公司ACO工艺技术,ACO转化器(位号0600-R01)是其核心设备。主要受压材质为Q345R,操作介质为烟气、油气和催化剂。

壳体焊缝B15(沉降器锥体与三叉锻件组对缝)两侧母材为Q345R(沉降器锥体厚度28mm)和12Cr2Mo1Ⅳ(三叉锻件厚度139mm削边至28mm)。焊缝标高35795mm 直径Φ4250mm,长度约为13300mm左右。这两种材质焊接接头,公司无焊接经验,因而针对此情况组织技术力量进行焊接工艺评定试验,目的是为了提高焊接接头性能。后实际焊接未按工艺要求进行焊接,出现延迟裂纹。项目部组织分析产生延迟裂纹原因,在现场进行了焊接性模拟试验,组织焊工进行返修,最终返修成功。12Cr2Mo1Ⅳ属于Fe5A材质,Q345R属于Fe-1-2材质,由于12Cr2Mo1Ⅳ铬钼钢与Q345R的物理性能和化学成分都有着较大区别,二者组成的接头焊接性较差。这就要求对如何选择焊接材料及优化焊接工艺参数进行深入研究。

原因分析

在正式返修前,项目部参与调查分析原因:

2.1、12Cr2Mo1Ⅳ碳当量大于0.6%,其脆硬化倾向严重,焊接性比较差,尤其是有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素,都能显著提高钢的淬硬性,所以在热影响区会产生硬脆的马氏体组织,很容易造成冷裂纹即延迟裂纹[1]

2.2、由于工期紧,班组赶工。此焊缝大坡口(外侧)焊接基本一天焊接完成,焊工焊接速度过快,电流过大导致焊接线能量小,熔池稀释,合金元素偏析。

返修详细过程

项目部经过分析调查,经过精心组织安排,委托焊接经验丰富的4名焊工进行返修,委托焊培热处理专业人员进行焊后热处理,并委托技术中心邀请专家对焊后热处理强度进行专家论证。正式返修具体措施及步骤如下:

3.1、对锻件部位搭设脚手架及防风棚,使用防火帆布进行周圈维护,保证返修部位焊接环境符合要求。

3.2、制作专项现场模拟返修焊接性试验:焊接热处理在ACO现场施工,理化试验在杨凌西宇公司理化实验室进行。模拟返修焊接性试验理化试验结果强度符合标准要求。

3.3、对缺陷位置的母材、焊材以及热影响区进行光谱分析,确定母材、焊材是否存在问题;

3.4、结合焊缝施工情况,拟定此次返修进行整口返修,目的就是为了将目前焊缝中的存在的质量隐患一并消除。返修时先返修里侧焊缝,再返修外侧焊缝。每侧焊缝返修焊接分两次进行,先将焊缝周长八等分,四个焊工均布对称返修,每个焊工返修焊接1.7m左右。

3.5、对B15内侧焊缝进行碳弧气刨和磨光机打磨清根,温度30-40度左右,使用磨光机将氧化铁及渗碳层打磨干净,焊缝里口气刨清根深度16~18mm,宽度20~25mm,剩余厚度在外侧返修时清理干净,焊缝始终处于预热状态;外侧焊缝的返修工艺同内侧。

3.6、本次返修焊材使用CHE507RH低氢型焊材,焊材直径Φ3.2mm。

3.7、此次为了使得焊缝的扩散氢能够充分逸出,避免裂纹产生,焊接完成后立即进行后热,后热温度350℃,保温时间4小时。期间对外侧加热并在里口使用保温棉包裹;

3.8、焊接24小时后进行射线检测,同时在焊缝内侧进行一次超声和磁粉检测,通过以上三种检测方式相结合保证焊缝返修合格。

3.9、射线检测合格后开始进行热处理施工,此次热处理为整体焊缝热处理,热处理恒温温度690±10℃,保温时间2小时。

3.10、热处理后对整道焊缝外表面打磨,进行射线检测、磁粉检测、超声检测,防止热处理出现裂纹等缺陷,全部合格后进行硬度检测,确保热处理后性能合格。

3.11、此次返修具体流程如下:

首先碳弧气刨里口对称四段,PT检测确定无缺陷后四名焊工同时焊接里口四段;焊完立即消氢:保温温度300-350℃,保温4h;里口四段处理完后,碳弧气刨里口剩余对称四段,PT检测无缺陷后四名焊工同时焊接里口剩余对称四段;焊后立即消氢;外部返修工艺同里口。全部处理完进行单侧UT+MT检测合格;全部焊后24h以后进行RT检测,拍片全部合格。

热处理准备工作:依据技术中心组织的延能化ACO反应器B15焊缝热处理论证会提出的热处理要求进行落实:依据NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》表5 焊后热处理推荐规范中规定:当不能按照本表规定的最低保温温度进行焊后热处理时,最低保温温度可以降低30℃[2],但保温时间得延长。后联系设计院,设计院反馈,据有关文献报道,降低温度热处理焊缝有热裂纹倾向。故热处理工艺仍按原热处理保温温度执行。热处理前利用450t吊车提升,且保证不低于100t的提升力。现场实际提升力为113.8t。

热处理时保温棉包裹图片见图1,热处理曲线如图2所示:

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图1 外口保温棉 图2:ACO转化器B15返修热处理曲线

热处理后进行MT+单面UT检测合格;后进行RT检测,拍片合格。无损检测完毕后对焊缝硬度检测:每隔500mm测一处,每处测焊缝、12CrMo1Ⅳ热影响区及母材。硬度检测合格。

4.结语

4.1对于12Cr1MoV与Q345R异种钢焊接及热处理,应严格按照焊接及热处理工艺执行,否则会出现延迟裂纹。

4.2对于延迟裂纹的返修,则应在保证强度的基础上进行,返修前由设计院进行设计强度分析,并进行现场焊接返修模拟性试验,按照工艺要求进行返修。这次对延迟裂纹处理过程积累的经验,对今后再次焊接施工此类异种材料提供了非常有益的借鉴,会有助于提高焊接成功率,经过不断分析总结,掌握12CrMo1Ⅳ及Q345R异种材质焊接及热处理控制措施。

参考文献:

[1] 邓义刚等。国际焊接工程师培训教程[M]。2011:9/10。

[2] 戈兆文等。NB/T47015-2011 《压力容器焊接规程》。2011:107。

作者简介:王东林,工程师,从事焊接管理工作。